DE3687590T2

DE3687590T2 - Positionsjustierungsvorrichtung mit einem piezoelektrischen element als anhaltemechanismus.

Info

Publication number: DE3687590T2
Application number: DE8686303311T
Authority: DE
Inventors: Chiaki C O Patent Divis Tanuma; Katsunori C O Patent Yokoyama
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-05-02
Filing date: 1986-05-01
Publication date: 1993-07-15
Anticipated expiration: 2006-05-02
Also published as: EP0201282A2; US4689516A; DE3687590D1; EP0201282B1; EP0201282A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Positionsjustierungsvorrichtung und insbesondere eine Positionsjustierungsvorrichtung, die eine piezoelektrische Verschiebevorrichtung verwendet, die sich in Abhängigkeit von einer angewandten Spannung deformiert, um ein Objekt genau an einer Bezugs- oder Referenzposition zu justieren.
Positionsausrichtungs- oder -justierungsvorrichtungen wurden in verschiedenen Arten von technischen Gebieten verwendet, um die Position eines Objektes genau zu justieren oder einzustellen, wie Halbleiterplättchen in einem Elektronenstrahl-Feinmusterbelichtungssystem, ein optisches Koppel- oder Kupplungselement in einem optischen Übertragungssystem, etc. Es ist eine derartige Vorrichtung bekannt, die zum Justieren der Position eines Halbleiterplättchens verwendet wird, das so in die Musterbelichtungsapparatur eingesetzt ist, daß die Oberfläche des Plättchens mit der bekannten Bezugs- oder Referenzoberfläche einer Probentischeinheit übereinstimmt. Diese Positionsausrichtung des Halbleiterplättchens sollte mit hoher Genauigkeit ausgeführt werden. Andernfalls wird ein Bild des Maskenmusters nicht richtig auf das Plättchen fokussiert sein und es wird unmöglich sein, das Elektronenstrahlmuster genau auf das Plättchen zu übertragen.
Bei einer herkömmlichen Musterübertragungsapparatur unter Verwendung eines Elektronenstrahls wird ein Halbleiterplättchen manuell von einem Bediener justiert und dann durch Verwendung mechanischer Befestigungsmittel in der letzten bestimmten Position befestigt. Genauer gesagt, wird das Halbleiterplättchen, auf das das Maskenmuster übertragen werden soll, in einem Plättchenträger- oder -stützglied untergebracht, bekannt als "Plättchenkassettenhalter", und dann auf eine Tischplatte gesetzt, die eine Referenzoberfläche definiert. Der Plättchenhalter ist so angeordnet, daß er sich auf dem Tisch auf und ab bewegen kann, um die Höhe der Plättchenoberfläche bezüglich der Referenzoberfläche zu verändern. Die Höhe des Plättchenhalters wird so justiert, daß eine genaue Übereinstimmung der Plättchenoberfläche, auf die ein Strahlmuster übertragen wird, mit der Referenzoberfläche bewirkt wird. Der Plättchenhalter wird dann mechanisch verriegelt, so daß das Plättchen in der gleichen Ebene wie die Referenzoberfläche gehalten wird.
Eine Vielzahl von Stäben ist beweglich in den zylindrischen Hohlräumen vorgesehen, die in den Plättchenkassettenhalter eingeschnitten oder -gebohrt sind. Sie können sich vertikal in den Hohlräumen bewegen und dienen als Stützbeine für den auf die Tischplatte gesetzten Plättchenhalter. Wenn die Stäbe von den Hohlräumen nach unten vorstehen, um auf die Tischoberfläche zu stoßen, kann der Plättchenhalter auf dem Tisch hochgehoben werden. Der Plättchenhalter kann herabfallen, wenn diese Stäbe zurückbewegt und in die Hohlräume gezogen oder geschoben werden. Daher kann durch Ändern der Distanz, die sich die beweglichen Stäbe bezüglich der Hohlräume bewegen, was der Beinlänge des Plättchens entspricht, die Plättchenoberfläche genau mit der Referenzoberfläche des Probentisches ausgerichtet werden.
Wenn die Positionsjustierung abgeschlossen ist, sollte jeder Stab unbeweglich oder fest in dem entsprechenden Hohlraum festgeklemmt werden, um den Plättchenkassettenhalter auf der letztlich justierten Höhe zu halten. Üblicherweise sind im Plättchenhalter zum Festklemmen der Stäbe in den Hohlräumen Schrauben vorgesehen. Für diesen derartigen Festklemmechanismus ist es sehr schwierig, das Halten des Plättchens genau in der letzten justierten Höhe zu erhalten, da die Schrauben gedreht werden, um die Beinstäbe zusammenzudrücken und zu verriegeln. Dies liegt daran, daß die durch Drehen der Schrauben verursachten mechanischen Erschütterungen die Oberfläche des in den Kassettenhalter eingesetzten Plättchens von der richtig justierten Position wegbewegen, wenn sie auf den Plättchenkassettenhalter angewandt werden. Obwohl die Stäbe durch Schrauben zusammengedrückt werden, kann die genaue Positionsjustierung nicht erreicht werden, wenn der Plättchenhalter, verursacht durch die mechanischen Erschütterungen bezüglich der Referenzoberfläche, wieder geneigt oder versetzt wird. Eine Justierung der Plättchenposition in der Ordnung von Mikronen (Mikrometern), oder genauer gesagt von Submikronen (50-2000 Å), ist keineswegs möglich.
US-A-4 382 243 (D2) zeigt eine piezoelektrische Vorrichtung, die zum Unterdrücken der Bewegung des Ankers eines Elektromagneten verwendet wird. Bei dieser Vorrichtung wird ein Verriegelungselement 18 durch eine piezoelektrische Vorrichtung bewegt, um einen auf dem Anker montierten Metallstreifen 20 festzuklemmen. Vorrichtungen, die das selbe Prinzip verwenden, sind in US-A-4 408 852 (D1) und US-A-3 390 559 (D3) offenbart.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Positionsjustierungstechnik zu schaffen, die die Position eines Objektes mit hoher Genauigkeit elektrisch justieren kann.
Nach der vorliegenden Erfindung ist zum Justieren der Position eines Objektes eine Vorrichtung vorgesehen, die einen Halter oder eine Halterung zum Halten des Objektes, mechanische Träger- oder Stützmittel zum Tragen oder Abstützen des Halters, eine Verriegelungsvorrichtung für die mechanischen Trägermittel, wobei die Verriegelungsvorrichtung ein piezoelektrisches Element enthält, und Spannungstreiber- oder -steuermittel enthält, die Spannungsquellenmittel zum Betreiben des piezoelektrischen Elementes enthalten, und die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Spannungsquellenmittel erste und zweite mit dem piezoelektrischen Element mittels eines Drei-Wege-Schalters verbundene Spannungsquellen gegensätzlicher Polarität enthalten, wobei die dritte Position des Schalters das piezoelektrische Element mit Nullspannungs- Vorspannung verbindet, und daß der Halter wenigstens eine Öffnung aufweist, innerhalb der die mechanischen Trägermittel beweglich sind, wobei die Öffnung(en) in Bezug auf die darin eingebauten oder -paßten mechanischen Trägermittel so dimensioniert ist/sind und das piezoelektrische Element in Bezug auf die mechanischen Trägermittel so positioniert und ausgerichtet ist, daß, wenn die erste Spannung auf das piezoelektrische Element angewandt wird, sich das Element ausdehnt, um die mechanischen Trägermittel innerhalb der Öffnung(en) festzuklemmen oder einzuspannen, wenn die zweite Spannung auf das piezoelektrische Element angewandt wird, sich das Element zusammenzieht, um die mechanischen Trägermittel auszuspannen oder freizugeben, und wenn, nachdem die zweite Spannung angewandt wurde, die Nullspannungs-Vorspannung auf das piezoelektrische Element angewandt wird, die mechanischen Trägermittel wieder festgeklemmt oder eingespannt sind.
Die Erfindung und ihre Gegenstände und Vorteile werden in der nachstehenden ausführlichen Beschreibung einer bevorzugten Ausführung mehr verdeutlicht.
In der nachstehenden ausführlichen Beschreibung einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird Bezug genommen auf die zugehörige Zeichnung, in der:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines auf eine Referenzoberflächenplatte gesetzten Halbleiterplättchenkassettenhalters und einen damit verbundenen Spannungserzeugungsschaltkreis entsprechend einer bevorzugten Ausführung der Erfindung zeigt;
Fig. 2 eine Schnittansicht des Plättchenkassettenhalters aus Fig. 1 ist, der zum Einsetzen in einem Elektronenstrahl- Musterbelichtungssystem vorgesehenen Tischaufbau mit der Oberseite nach unten gedreht ist;
Fig. 3 in der Draufsicht eine vergrößerte Schnittansicht eines piezoelektrischen Verschiebeelementes zeigt, das in dem Plättchenhalter von Fig. 1 eingebettet ist, um als Verriegelungsmechanismus für einen Metallstab zu dienen, der beweglich in einem Hohlraum des Plättchenhalters vorgesehen ist;
Fig. 4 einen vergrößerten Querschnitt des piezoelektrischen Verschiebeelementes aus Fig. 3 längs der Linie, IV-IV zeigt;
Fig, 5 ein Diagramm ist, das eine Hysteresecharakteristikkurve des piezoelektrischen Elements zeigt, wobei der Betrag der Verschiebung als eine Funktion des innerhalb des piezoelektrischen Feldes gebildeten elektrischen Feldes aufgezeichnet ist; und
Fig. 6 eine Schnittansicht einer Positionsjustierungsvorrichtung und einen dafür vorgesehenen Spannungserzeugungsschaltkreis zeigt, die für eine optische Kopplungseinheit verwendet werden, die ein optisches Signalübertragungskabel und einen Photodetektor enthält, nach einer zweiten Ausführung der Erfindung;
In Fig. 1 der Zeichnung ist eine Plättchen-Ausrichtungsvorrichtung gezeigt, die allgemein durch die Ziffer 10 bezeichnet ist. Diese Plättchen-Ausrichtungsvorrichtung 10 wird für ein bekanntes Elektronenstrahl-Musterbelichtungssystem (in Fig. 1 nicht gezeigt) verwendet, bei dem ein Maskenmuster durch Verwendung eines Elektronenstrahls auf ein Halbleiterplättchen übertragen wird. Eine typische Anordnung dieses derartigen Elektronenstrahl-Musterbelichtungssystems ist unter Fachleuten bekannt und beispielsweise im US-Patent Nr. 4 558 225 von GOTOU et al. beschrieben. Bei diesem System ist es erforderlich, daß die Position des Halbleiterplättchens genau bezüglich einer Referenzposition justiert ist und gleichzeitig die Plättchenoberfläche in Übereinstimmung mit der Referenzoberfläche gehalten wird, auf welche ein Elektronenstrahlmuster richtig fokussiert ist. Die Verwendung der Plättchen-Ausrichtungsvorrichtung 10 ermöglicht, daß die Positionsjustierung des Halbleiterplättchens genauer und richtiger ist, ohne die Positionierungsgeschwindigkeit zu vermindern.
Das Halbleiterplättchen 12, auf das ein Maskenmuster übertragen werden soll, wird von einer einkristallinen Silikonplatte umfaßt, die die Form einer dünnen Scheibe hat. Dieses Plättchen 12 ist durch bekannte Mittel an einem Substrat 14 befestigt, das in einen quadratischen schachtelartigen Kassettenhalter 16 eingelegt ist, der aus Metall hergestellt ist. Das Plättchen 12 ist somit fest oder starr an der unteren Oberfläche des Plättchenhalters 16 montiert.
Zum Ausführen der Positionsjustierung des Plättchens 12 wird der Plättchenhalter 16 zuerst auf eine bekannte Oberflächenplatte 18 gesetzt, die eine obere Oberfläche aufweist, die eine Referenzoberfläche 20 definiert. Der Halter 16 wird auf die Referenzoberflächenplatte 18 gesetzt, so daß eine Oberfläche des Plättchens 12, auf welche ein Strahlmuster übertragen werden soll, in vollständigem Fläche-auf-Fläche- Kontakt mit der Referenzoberfläche 20 ist, wie in Fig. 1 gezeigt ist.
Der Halter 16 hat eine Vielzahl von sich vertikal erstreckenden zylindrischen Öffnungen 22. In dieser Ausführung sind vier zylindrische Öffnungen im Plättchenhalter 16 an dessen vier Ecken gebildet, obwohl nur zwei Öffnungen 22A und 22B in der Querschnittsansicht in Fig. 1 gezeigt sind. Vier Metallstäbe 24A, 24B, . . . sind beweglich jeweils in den vier Öffnungen 22A, 22B, . . . vorgesehen. In der folgenden Beschreibung werden die Suffixe A und B weggelassen, wenn keine Notwendigkeit besteht, zwischen ihnen besonders zu unterscheiden. Jeder Stab 24 ist so angeordnet, daß er in der entsprechenden zylindrischen Öffnung 22 entlang einer Richtung senkrecht zur Referenzoberfläche 20 frei bewegbar ist. Der Halter 16 kann, wenn er auf der Oberflächenplatte 18 montiert ist, auch von vier Stäben 24 auf der Referenzoberfläche 20 getragen oder abgestützt werden, wenn diese Stäbe durch Festklemmechanismen in den zylindrischen Öffnungen 22 befestigt oder eingespannt sind. Jeder Metallstab 24 hat körperabgewandte Enden mit Halbkugelform, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Die Stäbe 24 dienen als Träger- oder Stützbeine für den Hauptkörper des Plättchenhalters 16. Die Stäbe 24 können in Punktkontakt mit der Referenzoberfläche 20 sein. Es ist so möglich, eine gut stabilisierte Positionierung des Halters 16 auf der Referenzoberfläche 20 der Platte 18 zu erleichtern.
Die piezoelektrischen Elemente 26A, 26B, . . . sind als Festklemmechanismen an entsprechenden Positionen bezüglich der zylindrischen Öffnungen 22A, 22B, . . . in dem Plättchenhalter 16 eingebettet oder eingesetzt. Da für den Halter 16 vier Beinstäbe 24 vorgesehen sind, sind vier piezoelektrische Elemente 26 erforderlich, um die Beinstäbe 24 unabhängig festzuklemmen. Die piezoelektrischen Elemente, 26 sind in den entsprechenden Unterbringungsräumen aufgenommen, die im Halter 16 ausgebildet sind, um jeweils mit den Mittenabschnitten der zylindrischen Öffnungen 22 gekoppelt zu sein. Die Unterbringungsräume erstrecken sich horizontal, um an ihren Enden mit den zylindrischen Öffnungen 22 gekoppelt zu sein. Jede zylindrische Öffnung 22 und der entsprechende Unterbringungsraum bilden innerhalb des Halters 16 eine Öffnung mit T- förmigem Querschnitt, wie in Fig. 1 gezeigt ist.
Jedes der piezoelektrischen Elemente 26 wird entlang seiner Längsrichtung mittels einer darauf angewandten Spannung mechanisch deformiert oder verformt. Wenn das piezoelektrische Element 26 longitudinal auf die zylindrische Öffnung 22 hin ausgedehnt wird und sein freies Ende die runde Seitenwand des entsprechenden Beinstabes 24 preßt oder drückt, ist die Bewegung des Stabes 24 in der Öffnung 22 infolge der mechanischen Kontaktkraft (d. h. Festklemmdruck) extrem eingeschränkt, die zwischen dem Beinstab und dem piezoelektrischen Element erzeugt wird. Wenn das piezoelektrische Element 26 auf Grund der Vergrößerung der angewandten Spannung weiter ausgedehnt wird, wird eine Hin- und Herbewegung des Beinstabes 24 in der Öffnung 22 nicht länger zugelassen oder ermöglicht, so daß der Stab in der zuletzt justierten Position in der Öffnung befestigt ist. In diesem Sinne dienen die piezoelektrischen Elemente 26 als Verriegelungsmechanismen für die gleitbaren Stäbe 24 in den Öffnungen 22 des Plättchenhalters 16.
Wenn der Plättchenhalter 16 auf die Oberflächenplatte 18 gesetzt wird, sind die Beinstäbe 24 gelöst, so daß die untere Oberfläche des Plättchens 12 und die abgerundeten untenliegenden Enden der Stifte 24 in direktem Kontakt mit der Referenzoberfläche 20 sind. Unter dieser Bedingung stimmt die Plättchenoberfläche, auf die ein Elektronenstrahlmuster übertragen werden soll, genau mit der Referenzoberfläche überein. Wenn alle Stabstifte 24 durch die entsprechenden piezoelektrischen Elemente 26 verriegelt sind, werden die untenliegenden Enden der Stäbe 24 und die mit dem Muster zu versehende Oberfläche des Plättchens 12 zueinander gleich gehalten, auch nachdem der Plättchenhalter 16 von der Oberflächenplatte 18 entfernt wurde.
Der Plättchenhalter 16 ist mit Verbindungsstiften 28A, 28B, . . . versehen, die elektrisch mit den jeweiligen piezoelektrischen Elementen 26A, 26B, . . . verbunden sind. Diese Verbindungsstifte 28 sind durch die elastische Kraft von darin vorgesehenen Federn (nicht dargestellt) vertikal bezüglich der unteren Oberfläche des Plättchenhalters 16 ausdehnbar. Wenn der Plättchenhalter 16 auf die Oberflächenplatte 18 gesetzt wird, stehen die Verbindungsstifte 28A, 28B, . . . nach unten vor, um in Kontakt mit Metallunterlagen 30A, 30B, . . . zu sein, die auf der Referenzoberfläche 20 der Oberflächenplatte 18 ausgebildet sind. Folglich sind die piezoelektrischen Elemente 26 elektrisch mit den entsprechenden Kontaktunterlagen 30 verbunden, während der Plättchenhalter 16 auf der Platte 18 angeordnet ist.
Ein Spannungserzeugungsschaltkreis 32 ist mit den auf der Oberflächenplatte 18 ausgebildeten Kontakt-Metallunterlagen 30 verbunden. Der Spannungserzeuger oder -generator 32 ist demgemäß mit den piezoelektrischen Elementen 26 verbunden, die im Plättchenhalter 16 aufgenommen sind, der auf die Oberflächenplatte 18 gesetzt ist. Unter dieser Bedingung liefert der Spannungsgenerator 32 eine variable Gleichspannung, die in den piezoelektrischen Elementen 26 auszubildende elektrische Felder jeweils unterschiedlicher Intensitäten bewirkt.
Der Spannungsgenerator 32 enthält unabhängige Gleichspannungsquelleneinheiten 36A, 36B, . . ., die die entsprechenden piezoelektrischen Elemente 26A, 26B, . . . versorgen, die im Plättchenhalter 16 eingebettet oder eingesetzt sind. Bei dieser Ausführung sind, obwohl nur zwei Spannungsquelleneinheiten 36A und 36B in Fig. 1 gezeigt sind, tatsächlich vier Spannungsquelleneinheiten in dem Spannungsgenerator 32 enthalten, da vier piezoelektrische Elemente in dem Plättchenhalter 16 vorgesehen sind. Die Spannungsquelleneinheit 36A ist mit dem piezoelektrischen Element 26A elektrisch verbunden, und die Einheit 36B mit dem Element 26B.
Die Spannungsquelleneinheit 36A enthält einen Schalter 38A, der eine einfache Anschlußklemme hat, die mit dem piezoelektrischen Element 26A durch das Leitungskabel 34A verbunden ist. Der Schalter 36A hat drei Spannungszuführungs- Anschlußklemmen. Die erste Spannungszuführungs-Anschlußklemme ist mit einer Batterie verbunden, die eine Gleichspannung mit positiver Polarität +Ea erzeugt, die zweite Anschlußklemme ist geerdet und die dritte Spannungszuführungs-Anschlußklemme ist mit einer Batterie verbunden, die eine Gleichspannung mit negativer Polarität -Eb erzeugt. Die Spannungsquelleneinheit 36B ist durch ein Leitungskabel 34B mit dem piezoelektrischen Element 26B verbunden und enthält einen Schalter 38B, der dieselbe Konfiguration wie der in der Spannungsquelleneinheit 36A hat, so daß die ausführliche Beschreibung davon durch Verwendung der gleichen Bezugsziffern mit dem entsprechenden Suffix B weggelassen werden kann.
Die Fig. 2 zeigt einen Plättchenhalter 16, der in eine in einer Elektronenstrahl-Musterbelichtungsapparatur vorgesehenen Probenträgereinheit 40 eingesetzt ist, nachdem die Positionsjustierung der Stäbe 24 abgeschlossen ist. Der Plättchenhalter 16 ist, wenn er in die Probenträgereinheit 40 eingesetzt ist, mit der Oberseite nach unten gedreht, um zu bewirken, daß die Muster-Übertragungsoberfläche des Halbleiterplättchens 12 nach oben in die Elektronenstrahl-Musterbelichtungsapparatur gehalten wird. Die Trägereinheit 40 hat einen quadratisch geformten Rahmen 42 zum darin Aufnehmen des Plättchenhalters 16. Der Rahmen 42 definiert eine vertikale Führungswand 44, mit der die Seitenfläche des Plättchenhalters 16 in Kontakt ist, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Eine horizontale Tischplatte 46 ist am oberen Ende des Rahmens 42 ausgebildet, um dessen obere Öffnung abzudecken. Die Tischplatte 46 hat eine Öffnung 48, durch die ein Elektronenstrahlmuster 50 auf die Musterübertragungsoberfläche gestrahlt wird, d. h. auf die Oberseite des Halbleiterplättchens 12. Die Tischplatte 46 definiert an seiner unteren Oberfläche eine Referenzoberfläche 52 zur richtigen Fokussierung des Strahlmusters. Da die unteren Enden der Beinstäbe 24 und die Musterübertragungsfläche des Plättchens 12, nachdem die Positionsjustierung auf der Oberflächenplatte 18 von Fig. 1 abgeschlossen ist, übereinstimmen, sollte, wenn dieselben Enden der nunmehr durch die piezoelektrischen Elemente 26 verriegelten Beinstäbe 24 auf die Tischplatte 46 gesetzt werden, die belichtete Musterübertragungsoberfläche des in dem umgekippten Plättchenhalter 16 aufgenommenen Plättchens 12 auch mit der Referenzoberfläche 52 der Probenträgereinheit 40 ausgerichtet sein.
Es wird nun auf Fig. 3 Bezug genommen, wobei diese Vergrößerung eine Ecke des Plättchenhalters 16 zeigt, worin ein piezoelektrisches Element 26A vorgesehen ist. Fig. 3 ist eine Draufsicht, die teilweise den Plättchenhalter 16 zeigt, so daß der Beinstab 24A, der zum Justieren der Höhe des Halters 16 bezüglich der Referenzoberfläche verwendet wird, als ein Kreis dargestellt ist.
In einem rechtwinkligen Unterbringungsraum 60 des Halters 16 ist eine Metallbehälter- oder -hülleneinheit 62 angeordnet, die fast wie eine rechtwinklige Schachtel ausgebildet ist, deren eines Ende, das dem Beinstab 24A gegenüberliegt, geöffnet ist. Ein inneres Gehäuse 64 ist dicht in die Metallbehältereinheit 62 eingesetzt. Das innere Gehäuse 64 ist hohl hergestellt, so daß es darin das piezoelektrische Element 26A halten kann. Das innere Gehäuse 64 ist aus einem isolierenden Material hergestellt, um das piezoelektrische Element 26A von der Metallbehältereinheit 62 elektrisch zu trennen.
Das piezoelektrische Element 26A wird von einer vielschichtigen piezoelektrischen Keramikvorrichtung mit einer Vielzahl von dünnen piezoelektrischen Scheibenplatten 66 umfaßt, die eine über der anderen angeordnet sind, wie in Mol-%3 gezeigt ist, so daß das piezoelektrische Element 26A insgesamt wie ein massiver Zylinder aussieht. Die piezoelektrischen Scheibenplatten 66 sind in Richtung der Plattendicke polarisiert und in einer solchen Weise gestapelt, daß die Polarisationsrichtungen zweier benachbarter piezoelektrischer Platten entgegengesetzt sind bezüglich jeder anderen. Leitungselektrodenschichten 68 sind zwischen den piezoelektrischen Scheibenplatten 66 eingelegt. Isolierende Platten 70 und 72 sind an den beiden Enden des zylindrischen piezoelektrischen Elementes 26A befestigt, das zwischen Metallbefestigungen oder -spannvorrichtungen 74 und 76 im Metallbehälter 62 eingelegt ist, der im Unterbringungsraum 60 des Plättchenhalters 16 aufgenommen ist.
Eine Metallbefestigung 74, an die oder der das piezoelektrische Element 26A an seiner Unterseite angeklebt bzw. befestigt ist, ist am Bodenabschnitt des isolierenden inneren Gehäuses 64 angeordnet. Die Metallbefestigung 74 ist durch eine Schraube 78 arretiert, die durch ein in der Rahmenwand 82 des Plättchenhalters 16 ausgebildetes Loch 80 eindringt, um mechanisch mit einem Gewinde (negative screw) 84 gekoppelt zu sein, das in der Metallbefestigung 74 ausgebildet ist. Die andere Metallbefestigung 76 ist an der Elektrodenschicht 70 am oberen Abschnitt des piezoelektrischen Elementes angeklebt oder befestigt. Die Metallbefestigung 76 ist zum Abdecken des offenen Endes des isolierenden inneren Gehäuses 64 positioniert, als wenn sie ein Deckel für ein Gefäß wäre. Die deckelförmige Metallbefestigung 76 ist so ausgebildet, daß ihre Umfangskante richtig in die Innenwand des Gehäuses 64 paßt, und daß es innerhalb dieses Gehäuses 64 beweglich ist. Wenn das piezoelektrische Element 26A entlang seiner Längsrichtung infolge einer angewandten Spannung physikalisch deformiert wird, kann sich die deckelförmige Metallbefestigung 76 gemäß der linearen Ausdehnung oder Schrumpfung des piezoelektrischen Elementes 26A hin- und herbewegen. Ein zylindrischer Vorsprung 86 ist an der Metallbefestigung 76 in deren Zentrum in einer solchen Weise ausgebildet, daß dieser Vorsprung 86 in direktem Kontakt mit der Seitenwand des beweglich in die vertikale Öffnung 22A des Plättchenhalters 16 eingesetzten Beinstabes 24A steht. Daher wird, wenn das piezoelektrische Element 26A ausgedehnt wird, der Stab 24A auf Grund des direkten Kompressionsdruckes des zylindrischen Vorsprunges 86 der deckelförmigen Metallbefestigung 76 befestigt sein.
Die Leitungselektrodenschichten 68 sind gemeinsam mit einem ersten Leitungskabel 90 an jeder zweiten Elektrodenschicht verbunden, wie in Fig. 4 dargestellt ist. Die verbleibenden Schichten von Leitungselektrodenschichten 68 sind gemeinsam mit einem zweiten Leitungskabel 92 verbunden. Das erste Leitungskabel 90 ist elektrisch mit der deckelförmigen Metallbefestigung 76 verbunden, während das zweite Leitungskabel 92 mit der Spannungsquellenleitung 34A verbunden ist, an die durch den in Fig. 1 gezeigten Spannungsgenerator 32 eine variable Gleichspannung geliefert wird.
Die deckelförmige Metallbefestigung 76 ist mit dem Metallhalter 16 durch den positionsbestimmenden Beinstab 24A elektrisch verbunden, dessen runde Seitenwand in Kontakt mit der inneren Oberfläche der Öffnung 22A des Plättchenhalters 16 ist. Daher wird, wenn die Gleichspannung durch den Spannungsgenerator 32 zwischen der Leitung 34A und dem Halter 16 angewandt oder aufgebracht wird, die Gleichspannung auch zwischen dem ersten und dem zweiten Leitungskabel 90 und 92 des im Plättchenhalter 16 eingebetteten piezoelektrischen Elementes 26A angewandt oder aufgebracht. In Abhängigkeit von der Spannungsanwendung verlängert oder verkürzt sich (dehnt sich aus oder schrumpft) das piezoelektrische Element 26A in seiner in Fig. 4 durch einen Pfeil 94 gezeigten Längsrichtung, wodurch Verschiebung erzeugt wird. Der Betrag der Verschiebung Dm des piezoelektrischen Elementes 26A kann durch die folgende Gleichung wiedergegeben werden:
Dm d·n
worin d: die Verschiebung an jeder piezoelektrischen Platte 66 und
n: die Anzahl von gestapelten piezoelektrischen Platten 66 ist.
Infolge dieser Verschiebung Dm gleitet die deckelförmige Metallbefestigung 76 in dem isolierenden inneren Gehäuse 64 über eine Entfernung entsprechend der tatsächlichen Verschiebung des piezoelektrischen Elementes 26A, um den Stab 24A zu pressen oder drücken, da das piezoelektrische Element 26A fest an der anderen Metallbefestigung 74 an seinem Bodenabschnitt angeklebt oder befestigt ist. Es ist ersichtlich, daß der Festklemmdruck der deckelförmigen Metallbefestigung 76 entsprechend der Änderung in der Potentialhöhe der angewandten Gleichspannung variiert. Wenn das piezoelektrische Element 26A physikalisch schrumpft, wird die deckelförmige Metallbefestigung 76 nach innen bewegt, um den Beinstab 24A zu lösen, dem es dann gestattet oder möglich ist, sich in der im Plättchenhalter 16 ausgebildeten vertikalen Öffnung 22 frei hin und her zu bewegen.
Der Operations- oder Betriebsmodus der obengenannten Ausführung wird nun genauer unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben, die eine Hysteresecharakteristik des als Verriegelungsmechanismus verwendeten piezoelektrischen Elementes zeigt.
Entsprechend dem Graph von Fig. 5 sind die Änderungen des Betrages der Verschiebung Dm des piezoelektrischen Elementes 26A, wenn die Spannung E darauf angewandt wird, dem Fachmann als "Schmetterlingscharakteristiken" bekannt, da die Form der Charakteristik-Kurve einem Schmetterling ähnelt, dessen Flügel geöffnet sind. In dem Graph der Fig. 5 ist der Spannungs- Punkt einer Netzspannung von der Gleichspannungsquelle +Ea des in Fig. 1 gezeigten Spannungsgenerators 32 als. "+Ea" gezeichnet. Entsprechend ist die Netzspannung von der Gleichspannungsquelle -Eb als "-Eb" gezeichnet.
In einem Anfangsstadium oder -zustand ist, wenn die auf das Element 26 angewandte Spannung E 0 ist, der Betrag der Verschiebung Dm 0. Wenn die auf das Element 26 angewandte Spannung langsam in die positive Richtung (d. h. in die gleiche Richtung wie die Polarisationsrichtung) vergrößert wird, vergrößert sich die Verschiebung des Elementes 26 linear, wie durch die unterbrochene Linie "a" in Fig. 5 angegeben ist. Wenn die positive Spannung +Ea auf das Element 26 angewandt wird und die auf das Element 26 angewandte Spannung anschließend auf 0 verringert wird, ändert sich der Betrag der Verschiebung Dm, wie durch Kurve "b" angegeben ist. Hinterher wird eine negative Spannung (mit einer maximalen negativen Spannungshöhe größer als -Eb), die langsam in negative Richtung (d. h., eine Richtung entgegengesetzt der Polarisationsrichtung) zunimmt, auf das Element 26 angewandt, die Spannung auf 0 verringert und wieder eine positive Spannung angewandt. In diesem Fall variiert der Betrag der Verschiebung Dm des Elementes 26 wie durch die unterbrochenen Linien "c", "d", "e" und "f" angegeben. Der Wendepunkt B zwischen den Kurven "c" und "d" entspricht der von der Gleichspannungsquelle -Eb des Spannungsgenerators 32 gelieferten Spannung. Zu beachten ist, daß die hier verwendete negative Spannung -Eb ein elektrisches Feld (elektrisches Koerzitivfeld) definiert, in dem die Polarisationsrichtung im Element 26 umgekehrt ist. Wenn sich die auf das Element 26 angewandte Spannung abwechselnd zwischen den positiven und negativen Polaritäten ändert, hat der Betrag der im Element 26 auftretenden Verschiebung Dm Schmetterlingscharakteristiken. Die Hysteresecharakteristiken selbst sind allgemein bekannt.
Wenn der Plättchenhalter 16 mit der Oberseite nach unten auf die Oberflächenplatte 18 gesetzt ist, wie in Fig. 1 gezeigt ist, sind die Beinstäbe 24 unverriegelt und die Musterübertragungsoberfläche des Halbleiterplättchens 12 berührt die berührt die Referenzoberfläche 20 der Platte 18. Wenn die Stäbe 24 unter dieser Bedingung verriegelt werden, stimmen die abgerundeten unteren Enden der Stäbe 24 genau mit der Musterübertragungsoberfläche des Plättchens 12 überein. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine zwischen zwei Spannungshöhen +Ea und -Eb variierende Spannung auf das Element 26 angewandt oder aufgebracht, und die Hysteresekurve der im Element 26 auftretenden Verschiebung ist jene, die durch die geschlossene Kurve 96 in Fig. 5 angegeben ist. Wenn die angewandte oder aufgebrachte Spannung zwischen den, zwei, oben beschrieben bestimmten Spannungen vergrößert/verkleinert wird, ändert sich der Betrag der Verschiebung Dm des Elementes 26 entlang verschiedener Kurven entsprechend der Vergrößerung oder Verkleinerung des elektrischen Feldes (siehe Linie 96 in Fig. 5). In dieser Ausführung ist es wichtig, die Hysteresecharakteristiken als jene des Elementes 26 zu setzen und die Stäbe 24 zu verriegeln.
Das auf die Oberflächenplatte 18 gesetzte piezoelektrische Element 26 des Plättchenhalters 16 ist mit dem Spannungsgenerator 32 durch ein Leitungskabel 34 über eine trennbare elektrische Verbindung verbunden, die durch den Verbindungsstift 28 und das Metallunterlagenmuster 30 gebildet ist, wie vorausgehend beschrieben wurde. Wenn die Schalter 38 des Generators 32 geschaltet werden (in den ersten Zustand in Fig. 1), um die Gleichstrombatterien +Ea mit den Elementen 26A, 26B, . . . zu verbinden, wird die positive Spannung +Ea an jedes Element 26 geliefert. Wenn die Schalter 38 in den zweiten Zustand geschaltet werden, werden die Elemente 26A, 26B, geerdet. Wenn die Schalter 38 in den dritten Zustand geschaltet werden, sind die Elemente 26A, 26B, . . . mit den Gleichstrombatterien -Eb zur Erzeugung einer negativen Spannung verbunden, um ein polarisationsinvertiertes elektrisches Feld (elektrisches Koerzitivfeld) des Elementes 26 zu definieren.
Es sei vorausgesetzt, daß die negative Spannung -Eb, die ein polarisationsinvertiertes elektrisches Feld (elektrisches Koerzitivfeld) des Elementes 26 definiert, auf die Elemente 26A, 26B, . . . angewandt oder aufgebracht ist. Dann ist das Element 26 physikalisch zusammengezogen und der betreffende Betrag der Verschiebung Dm variiert entlang der Kurve "c" der Fig. 5 und erreicht einen darin durch "B" bezeichneten Punkt. In diesem Zustand sind die Beinstäbe 24 unverriegelt oder gelöst, um sich frei in den Öffnungen 22 des Halters 16 zu bewegen. Daher berühren die Stäbe 24 die Referenzoberfläche 20 der Platte 18 an ihren körperabgewandten Enden durch ihr eigenes Gewicht, wie in Fig. 1 gezeigt ist.
Anschließend werden die Schalter 38 des Generators 32 in den zweiten Zustand geschaltet, um zu bewirken, daß die Elemente 26A, 26B, . . . geerdet sind. Der Betrag der Verschiebung Dm des Elements 26, auf das keine Spannung angewandt öder aufgebracht ist, ändert sich entlang der Kurve "g", die die Punkte B und E verbindet, und erreicht Punkt E. In diesem Zustand verbleibt eine dem Punkt E entsprechende Verschiebung in dem Element 26, ungeachtet der Tatsache, daß die angewandte Spannung 0 ist.
Die Schalter 38 werden dann in den ersten Zustand geschaltet, um die positive Spannung +Ea an das Element 26 zu liefern. Das Element 26 wird dann longitudinal verlängert und sein Betrag der Verschiebung Dm variiert entlang der Kurve "h", die die Punkte E und A verbindet, und erreicht den Punkt A. Wenn die Schalter 38 wieder in den zweiten Zustand geschaltet werden, wird das Element 26 auf Erdungsspannung oder Erdpotential gesetzt, so daß der Betrag der Verschiebung Dm des Elementes 26 entlang der Kurve "b" variiert, um zum Ausgangszustand zurückzukehren, d. h. einem 0-Verschiebungszustand. Die Verschiebung des Elementes 26 im nichtvorbelasteten Zustand ist theoretisch 0. In der Praxis jedoch ist das Element als verlängert anzusehen, wenn es mit dem Fall verglichen wird, in dem die negative Spannung -Eb angewandt wird, die das polarisationsinvertierte elektrische Feld (elektrisches Koerzitivfeld) definiert. Bei der vorliegenden Erfindung ist ein Spalt (sogenannter "Anfangsspalt") zwischen dem freien Ende des Elementes 26 und der Seitenwand des entsprechenden Beinstabes so vorgesehen, daß das Element 26 die Stäbe 24 verriegeln kann.
Genauer ist der Anfangsspalt zwischen dem körperabgewandten Ende des Vorsprunges 86 der deckelförmigen mit dem Element 26 verbundenen Befestigung 76 und der Seitenwand des in Fig. 4 gezeigten Stabes 24 kleiner vorgesehen als die durch den Punkt E in Fig. 5 angegebene Verschiebung. Bei der obigen Ausführung wurde der praktische oder tatsächliche Anfangsspalt zwischen dem Element 26 und dem Stab so ausgewählt, daß er z. B. so klein wie ungefähr die Hälfte bis ein Drittel der durch den Punkt E in Fig. 5 angegebenen Verschiebung ist, um den Stab an dem Element 26 im nichtvorbelasteten Zustand vollständig festzuklemmen. In diesem Fall ist es bevorzugt, daß das Element 26 ein möglichst großes Elastizitätsmodul und eine hohe Curie-Temperatur hat, und daß der Betrag der Verschiebung Dm so groß wie möglich ist (z. B. ist das Element 26 ein einstückig oder integral geformtes vielschichtiges piezoelektrisches Keramikelement). Wenn ein solches Element 26 tatsächlich verwendet wurde und die Stäbe 24 nach Vollendung der Positionsausrichtung des Plättchens 12 auf der Oberflächenplatte 18 verriegelt waren, waren sie mit einem ausreichend großen Festklemmdruck verriegelt, so daß kein Lösen ermöglicht war. Danach war, wenn der Plättchenhalter 16 von der Oberflächenplatte 18 aufgehoben und in einem Elektronenstrahl-Musterbelichtungssystem aufgenommen wurde, das Plättchen 12 tatsächlich mit hoher Genauigkeit positioniert und es trat kein Positionierungsfehler bezüglich einer Referenzoberfläche des Systems auf.
Nun wird ein von den vorliegenden Erfindern geleitetes Experiment beschrieben. Gebrannte Silberelektroden wurden auf zwei Oberflächen einer dünnen piezoelektrischen Keramikscheibenplatte mit einem Durchmesser von 6 mm und einer Dicke von 0,5 mm gebildet. 25 Scheibenplatten, von denen jede auf diese Art vorbereitet waren, wurden gestapelt, um das piezoelektrische Verschiebungselement 26 zu erhalten. Wenn eine Spannung von -400 V als ein elektrisches Feld entsprechend -Eb auf das Element 26 angewandt wurde, wurde das Element um 15 um zusammengezogen. Wenn eine Spannung von 900 V als ein elektrisches Feld entsprechend +Ea auf das Element 26 angewandt wurde, wurde das Element um 14 um verlängert. Der Anfangsspalt zwischen dem Beinstab 24 und dem Vorsprung 86 der Metallbefestigung 76 wurde auf 10 um gesetzt und der Verschiebungsbetrag von 5 um wurde verwendet, um einen Festklemmdruck zum Verriegel,n des Beinstabes 24 mit dem Plättchenhalter 16 zu erzeugen. Mit diesem Aufbau wurde bestätigt, daß der Halter 16 gegen ein Lastgewicht von 2 kg nicht nach unten bewegt und eine ausreichende Verriegelungskraft erhalten wurde.
Entsprechend der Positionsjustierungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung werden Stäbe 24 in Öffnungen 22 durch Verwendung eines piezoelektrischen Elementes befestigt, das einen Verschiebungsbetrag Dm hat, der gemäß einer Vorspannung variiert. Der Festklemmdruck zum Befestigen der Stäbe 24 ist konstant, so daß sie durch eine gleichmäßige Kraft verriegelt werden können. Die Stäbe 24 werden durch ein Element 26 in einem nichtvorbelasteten Zustand verriegelt, d. h., in einem Zustand, in dem keine Spannung von außen zugeführt wird. Daher können die Stäbe 24 wirkungsvoll befestigt werden, ohne durch Umgebungsbedingungen beeinflußt zu werden (z. B. eine Änderung der Umgebungstemperatur). Dies liegt daran, daß, wenn das Element im nichtvorbelasteten Zustand (statischen Zustand) festgeklemmt ist, der Betrag dessen Verschiebung höchst stabil ist, anders als beim Festklemmen in einem Vorspannung anwendenden Zustand (dynamischen Zustand), und der auf die Stäbe 24 angewandte Festklemmdruck wird durch Änderungen der Umgebungstemperatur kaum beeinflußt.
Nun wird eine zweite Ausführung der Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschrieben, die eine Positionsjustierungsvorrichtung für eine optische Kopplungseinheit zeigt, die in einem optischen Übertragungssystem verwendet wird.
Ein Basistisch 100, genannt "Stamm", ist mit einer vertikalen Öffnung 102 versehen, in der ein Halter 104 bewegbar eingesetzt ist. Der Halter 104 trägt oder stützt an seinem oberen Abschnitt fest ein optisches Signalübertragungskabel 106, wie eine optische Faser. Genauer besteht der Halter 104 aus einem Kopfabschnitt 104a und einem geraden Beinabschnitt 104b, der in die Öffnung 102 eingefügt ist. Eine V-förmige Rille 108 ist in der oberen Oberfläche des Halter-Kopfabschnittes 104b ausgebildet. Das optische Faserkabel 106 ist in der V-förmigen Rille 108 durch bekannte Klebe- oder Befestigungsmittel 110 befestigt, wie Lot, Klebematerial, etc. das Kabel 106 ist somit so angeordnet, daß es parallel zur oberen Oberfläche des Basistisches 100 verläuft und an einem körperabgewandten Ende (des Kabels) mit einem bekannten lichtemittierenden Element (nicht gezeigt) verbunden ist, das ein optisches Signal erzeugt, welches ein in bekannter Weise zu übertragendes digitales Signal darstellt. Das optische Faserkabel 106 strahlt ein optisches Signal aus, das dadurch (durch das Kabel) vom lichtemittierenden Element am anderen körperabgewandten Ende (des Kabels) übertragen wird. Dieses Kabelende, das in Fig. 6 mit der Nummer 1111211 bezeichnet ist, ist bezüglich des beweglichen Kabelhalters 104 unbeweglich. Jedoch kann die Höhe des Kabelendes 112 bezüglich des Basistisches 100 geändert werden, da der Kabelhalter 104 in der vertikalen Öffnung 102 des Basistisches 100 nach oben und nach unten bewegt werden kann.
Auf dem Basistisch 100 ist auch ein Träger- oder Stützblock 114 vorgesehen, auf dem ein Photodetektor 116 als ein Lichtsignal-Empfangselement befestigt ist. Der Photodetektor 116 kann zum Beispiel eine bekannte Photodiode sein. Der Trägerblock 114 ist fest auf dem Tisch 100 montiert, so daß der Photodetektor 116 unbeweglich über dem Basistisch 100 positioniert ist. Es sollte erforderlich sein, daß das optische Faserkabel 106 und der Photodetektor 116 optisch miteinander in solcher Weise verbunden sind, daß das Kabel 106 linear mit dem Photodetektor 116 ausgerichtet ist, um einen optischen Signalübertragungsweg zu bilden. Daher ist es wichtig, daß die Positionen des Kabelendes 112 und der Photodiode 116 in einer Weise genau positionsjustiert sind, so daß sie längs sowohl der Horizontalrichtung und der Vertikalrichtung des Basistisches 100 miteinander übereinstimmen, um die maximal effiziente Kommunikation optischer Datensignale zu ermöglichen. Die Positionsbeziehung zwischen dem auf dem Tisch 100 montierten Trägerblock 114 und der im Tisch 100 ausgebildeten vertikalen Öffnung 102 ist somit genau bestimmt, so daß die horizontalen Positionen dieser Elemente miteinander identisch sind. Die lediglich verbleibende, zum Realisieren einer effektiven Datenübertragung erforderliche Positionsjustierung besteht darin, daß die Höhe des körperabgewandten Kabelendes 112 bezüglich der oberen Oberfläche des Basistisches 100 variiert wird, um zu erreichen, daß das Kabelende 112 mit dem Photodetektor 116 nach einer Zentrumslinie der optischen Faserröhre des Signalübertragungskabels 106 ausgerichtet ist.
Ein piezoelektrisches Element 120 ist als Festklemmechanismus für den vertikal beweglichen Kabelhalter 104 in dem Basistisch 100 eingebettet oder eingesetzt. Das piezoelektrische Element 120 ist in einem Unterbringungsraum 122 zusammen mit einem isolierenden inneren Gehäuse 124 und Metallbefestigungsplatten 126 und 128 angeordnet. Der Unterbringungsraum 122 ist in dem Tisch 100 so ausgebildet, daß er mit dem Mittelabschnitt der Öffnung 102 gekoppelt ist. Der Unterbringungsraum 122 ist horizontal ausgedehnt und an seinem Ende mit der vertikalen Öffnung 102 gekoppelt. Die vertikale Öffnung 102, in die der Kabelhalter 104 eingesetzt ist, und der Unterbringungsraum 122 bilden innerhalb des Tisches 100 eine Öffnung mit T-förmigem Querschnitt, wie in Fig. 6 gezeigt ist.
Das piezoelektrische Element 120 ist in dem isolierenden Gehäuse 124 angeordnet und zwei Metallplatten 126 und 128 sind jeweils an dem oberen und dem unteren Abschnitt des piezoelektrischen Elementes 120 angebracht, wie in Fig. 6 klar gezeigt ist. Das piezoelektrische Element 120 kann eine vielschichtige piezoelektrische Keramikvorrichtung sein, die gleich ist mit der, die bei der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführung verwendet wurde. Das piezoelektrische Element 120 verlängert sich oder zieht sich zusammen, entlang seiner Längsrichtung 130 entsprechend einer darauf angewandten Spannung. Wenn das piezoelektrische Element 120 longitudinal auf die Öffnung 102 hin ausgedehnt ist und sein freies Ende gegen die Seitenwand des Kabelhalters 104 drückt, ist die Bewegung des Halters 104 innerhalb der Öffnung 102 extrem eingeschränkt infolge des Festklemmdruckes des piezoelektrischen Elementes 120. Wenn sich das piezoelektrische Element 120 weiter ausdehnt, wird die Hin- und Herbewegung des Kabelhalters 104 nicht weiter zugelassen, so daß der Halter 104 in der letzten justierten Position in der Öffnung 102 des Basistisches 100 befestigt ist. Daher kann das piezoelektrische Element 120 als ein Verriegelungsmechanismus für den Kabelhalter 104 dienen.
Wenn die Positionsjustierung für das optische Faserkabel 106 ausgeführt wird, ist der Kabelhalter 104 unverriegelt, so daß die Höhe des Kabelhalters 104 bezüglich der oberen Tischoberfläche manuell durch Bewegen des Kabelhalters 104 entlang der durch einen Pfeil 132 bezeichneten vertikalen Richtung durch einen Bediener justiert wird. Nachdem die Positionsjustierung abgeschlossen ist, wird der Kabelhalter 104 durch das piezoelektrische Element 120 verriegelt, so daß das Kabelende 112 in Ausrichtung mit dem auf dem Block 114 befestigten Photodetektor 116 positioniert werden kann.
Ein Spannungserzeugungsschaltkreis 134 ist mit dem piezoelektrischen Element verbunden,. um eine variable Gleichspannung zu liefern, die ein im piezoelektrischen Element 120 zu bildendes elektrisches Feld mit unterschiedlichen Intensitäten verursacht. Der Spannungsgenerator 134 enthält eine Gleichspannungsquelleneinheit 134, die zwei Gleichspannungsquellen 138 und 140 enthält, und einen Schalter 138, der zum wahlweisen Versorgen des piezoelektrischen Elementes 120 mit von den Spannungsquellen erzeugten Gleichspannungen +Ea und -Eb oder Erdpotential schaltet. Es ist anzumerken, daß der Spannungsgenerator 134 mit dem piezoelektrischen Element 120 durch ein Leitungskabel 144 verbunden ist. Der Spannungsgenerator 134 ist von dem im Tisch 100 eingebetteten piezoelektrischen Element 120 trennbar, da das Leitungskabel 144 mit dem piezoelektrischen Element durch durch eine bekannte Art elektrischer Verbinder 146 verbunden ist.
Bei der in Fig. 6 gezeigten zweiten Ausführung wird, während das Kabel 106 und der Photodetektor 116 durch vertikales Bewegen des Kabelhalters 104 ausgerichtet werden, die negative Spannung -Eb (siehe Fig. 5) vom Spannungsgenerator 134 in gleicher Weise wie bei der vorangegangenen Ausführung auf das piezoelektrische Element 120 angewandt. Das Element 120 zieht sich auf Grund der Spannung -Eb zusammen, so daß der Halter 104 gelöst ist, um in der Öffnung 122 vertikal bewegbar zu sein. Wenn auf die vertikale Bewegung des das Kabel 106 tragenden Halters 104 hin das Kabel 106 mit dem Photodetektor 116 ausgerichtet ist, wendet der Generator 134 abwechselnd die Erdungsspannung und die positive Spannung +Ea auf das Element 120 an und beendet die Anwendung davon. In diesem nichtvorbelasteten Zustand ist der Anfangsspalt zwischen dem freien Ende des Elementes 120 und der Seitenwand des Beinabschnittes 104b des Kabelhalters 104 genau so gesetzt, daß das Element 120 den Halter 104 verriegeln kann. Daher kann, sogar nachdem die Positionsausrichtung zwischen dem Kabel 106 und dem Photodetektor 116 abgeschlossen ist und der Generator 134 von der Tischplatte 100 getrennt ist, der Halter 104 durch das Element 120 stabil und effektiv verriegelt gehalten werden.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungen beschrieben wurde, ist es für den Fachmann verständlich, daß zahlreiche Modifikationen gemacht werden können, die innerhalb der Vorstellung und des Rahmens des erfinderischen Beitrages sind.
Zum Beispiel kann die prinzipielle Idee der Verwendung eines piezoelektrischen Elementes als ein Festklemmechanismus für ein Objektträgerelement, was der Kerngedanke dieser Erfindung ist, auch auf eine Videokopf-Montagetrommel angewandt werden, bei der Magnetköpfe genau positionsjustiert werden müssen, um das genaue Abtasten von auf einem laufenden Magnetband eines bekannten Videobandrekorders des Schrägspurtyps gebildeten Feldspuren zu ermöglichen. In diesem Fall wird jeder magnetische Videokopf auf einem Kopfhalter montiert, der bewegbar auf einer drehbaren Trommel vorgesehen ist.
Piezoelektrische Elemente werden in die Trommel eingebettet oder eingesetzt, um die Bewegung des Kopfhalters in solcher Weise zu kontrollieren, daß die genaue Positionsjustierung jedes Magnetkopfes unabhängig ausgeführt wird. In diesem Fall wird eine negative Polarität einer Gleichspannung durch einen Spannungsquellenschaltkreis auf die piezoelektrischen Elemente angewandt, um dadurch zu verursachen, daß die Kopfhalter gelöst sind. Die Positionsjustierung eines jeden Magnetkopfes kann von einem Bediener ausgeführt werden. Nach Vollendung der Positionsjustierung werden die piezoelektrischen Elemente mit Erde (Erdpotential) verbunden (geerdet), so daß sie die entsprechenden Kopfhalter festklemmen, die somit jeweils in den zuletzt justierten Positionen verriegelt sind. Wenn alle Kopfhalter verriegelt sind, wird der Spannungsquellenschaltkreis von der Kopftrommel getrennt. Sogar unter diesen Bedingungen sind die Kopfhalter an den letzten durch den Bediener bestimmten Positionen befestigt, da die volle mechanische Festklemmung der Kopfhalter durch das piezoelektrische Element unter nichtvorbelasteter Bedingung ausgeführt wird.

Claims

1. Vorrichtung zum Justieren der Position eines Objektes (12) mit einem Halter (16) zum Halten des Objektes, mechanischen Trägermitteln (24, 104) zum Tragen des Halters (16), einer Verriegelungsvorrichtung für die mechanischen Trägermittel (24, 104), wobei die Verriegelungsvorrichtung ein piezoelektrisches Element (26, 120) enthält, und Spannungstreibermitteln (32, 134), die Spannungsquellenmittel (32, 134) zum Betreiben des piezoelektrischen Elementes (26, 120) enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquellenmittel erste und zweite Spannungsquellen (+Ea, -Eb) gegensätzlicher Polarität enthalten, die mit dem piezoelektrischen Element mittels eines Drei- Wege-Schalters (38A, 38B) verbunden sind, wobei die dritte Position des Schalters das piezoelektrische Element mit Nullspannungs-Vorspannung verbindet, und

daß der Halter (16) wenigstens eine Öffnung (22) aufweist, innerhalb der die mechanischen Trägermittel (24, 104) beweglich sind, wobei die Öffnung(en) in Bezug auf die darin eingebauten mechanischen Trägermittel (24, 104) so dimensioniert ist/sind und das piezoelektrische Element (26, 120) in Bezug auf die mechanischen Trägermittel so positioniert und ausgerichtet ist, daß,

wenn die erste Spannung (+Ea) auf das piezoelektrische Element (26, 120) angewandt wird, sich das Element ausdehnt, um die mechanischen Trägermittel (24, 104) innerhalb der Öffnung(en) festzuklemmen,

wenn die zweite Spannung (-Eb) auf das piezoelektrische Element angewandt wird, sich das Element zusammenzieht, um die mechanischen Trägermittel auszuspannen, und wenn, nachdem die zweite Spannung angewandt wurde, die Nullspannungs-Vorspannung auf das piezoelektrische Element angewandt wird, die mechanischen Trägermittel wieder festgeklemmt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquellenmittel (32, 134) nacheinander die erste Spannungsquelle (+Ea), die Nullspannungs-Vorspannung, die zweite Spannung (-Eb) und die Nullspannungs-Vorspannung auf das piezoelektrische Element (26, 120) anwenden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquellenmittel enthalten:

Gleichspannungsquellenmittel (36, 138, 140) zum Liefern der ersten und, zweiten Spannungen,

den Drei-Wege-Schalter (38, 142), der mit dem piezoelektrischen Element (26, 120), den Gleichspannungsquellenmitteln (36, 138, 140) und der Erde zum Ausführen einer Schaltoperation verbunden ist, um zu bewirken, daß das piezoelektrische Element (26, 120) nacheinander mit der ersten Spannung, der Nullspannungs-Vorspannung, der zweiten Spannung und der Nullspannungs-Vorspannung beaufschlagt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß weiter ein Basiskörper (16, 100) mit einer geraden Öffnung (22, 102), in der die Trägermittel (24, 104) beweglich vorgesehen sind, und ein Raum (60, 122) enthalten sind, der sich senkrecht zur Öffnung (22, 102) erstreckt, um mit dieser an seinem einen Ende gekoppelt zu sein, und eine Unterbringung definiert, in der das piezoelektrische Element (26, 120) aufgenommen ist, wobei die Öffnung (22, 102) und die Unterbringung (60, 122) innerhalb des Basiskörpers (16, 100) eine Öffnung von im wesentlichen T-förmigem Querschnitt bilden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägermittel ein Stabelement (24, 104) enthalten, mit einem Durchmesser kleiner als der der geraden Öffnung (22, 102) des Basiskörpers (16, 100), um das Stabelement (24, 104) in der Öffnung (22, 102) zu entarretieren, und

daß das in dem Unterbringungsraum aufgenommene piezoelektrische Element (26, 120) in einer solchen Weise angeordnet ist, daß es das Stabelement (24, 104) an einem Seitenteil davon drückt und das Stabelement (24, 104) in der zuletzt justierten Position unter Nichtvorspannungs- oder -belastungsbedingungen befestigt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß weiter elektrische Verbindungsmittel (28, 30, 146) enthalten sind, zum lösbaren Verbinden des piezoelektrischen Elementes (26, 120) und der Spannungsquellenmittel (32, 134) miteinander und zum Trennen der Spannungsquellenmittel (32, 134) von dem piezoelektrischen Element (26, 120), wodurch die Positionsjustierungsvorrichtung von den Spannungsquellenmitteln (32, 134) getrennt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanischen Trägermittel einen Metallstab (24) enthalten, der sich zum Justieren der Position eines Halbleiterplättchens (12) bewegt, auf das ein Bild eines Musters hinsichtlich einer Referenzoberfläche (52) zu übertragen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanischen Trägermittel einen Halter (104) enthalten, der eines von optischen Elementen (112, 116) trägt, die eine Fotokopplungsvorrichtung zur Signalübertragung bilden, und der sich bewegt, um zu bewirken, daß die optischen Elemente miteinander entlang eines optischen Weges ausgerichtet sind.