NL1000815C2

NL1000815C2 - XY-verplaatsingsinrichting.

Info

Publication number: NL1000815C2
Application number: NL1000815A
Authority: NL
Inventors: Albert Edmond Holman; Willem Christiaan Heerens; Charles David Laham
Original assignee: Univ Delft Tech
Priority date: 1995-07-14
Filing date: 1995-07-14
Publication date: 1997-01-15
Also published as: WO1997004475A1; AU6472196A; JPH11509324A; EP0871974A1

Description

Titel: XY-verplaatsingsinrichting

In de techniek bestaat er behoefte aan apparatuur voor het nauwkeurig verplaatsen van een object in twee onderling in hoofdzaak loodrechte richtingen, die normaliter zijn gelegen in een horizontaal vlak, en die in het kader van de 5 onderhavige aanvrage zullen worden aangeduid als X- en Y-richtingen. Meer in het bijzonder bestaat er behoefte aan een dergelijke XY-verplaatsingsinrichting die in staat is om een object met een plaatsnauwkeurigheid van beter dan 1 nm (nanometer) te verplaatsen over afstanden die zijn gelegen in 10 het gebied van minder dan 1 nm tot meer dan 100 μπι.

Een belangrijk toepassingsgebied is de subraicron-technologie en de subnanotechnologie, d.w.z. de technologie voor het vervaardigen van structuren met afmetingen zelfs kleiner dan 1 μιη. Een ander belangrijk toepassingsgebied is 15 het gebied van beeldvorming van oppervlaktestructuren met afmetingen in het nanometer-gebied en subnanometer-gebied. Dergelijke beeldvorming vindt bijvoorbeeld plaats door middel van een Scanning Probe Microscoop (SPM), zoals bijvoorbeeld een Scanning Tunneling Microscoop (STM), en de onderhavige 20 uitvinding zal bij wijze van niet beperkend voorbeeld voor dit specifieke toepassingsgebied nader worden uitgelegd.

Een STM is een in de techniek welbekend apparaat voor het vormen van een afbeelding van de structuur van het oppervlak van een object. Daarbij wordt een probe met een scherpe punt 25 tot op korte afstand van het te onderzoeken oppervlak gebracht, waarbij tussen die probe en dat oppervlak een potentiaalverschil wordt aangelegd. Hoewel er geen elektrisch contact is tussen die probe en dat oppervlak, gaat er toch een stroom vloeien, de zogenaamde tunnelstroom, en de sterkte van 30 deze tunnelstroom is een maat voor de afstand tussen de probe en het oppervlak, hetgeen ook kan worden opgevat als een indicatie voor de Z-positie van het oppervlak ter plaatse van de probe, aan te duiden als z(x,y). Voor het verkrijgen van 10 00 815.

2 een afbeelding van de structuur van het oppervlak is het gewenst om de Z-positie van het oppervlak te meten over het gehele oppervlak. Daartoe laat men de probe een aftastende beweging maken over het oppervlak.

5 Aangezien de werking van een STM zelf geen onderwerp vormt van de onderhavige uitvinding, en kennis daarvan voor een goed begrip van de onderhavige uitvinding niet nodig is voor een deskundige, zal dit niet nader worden beschreven. Volstaan wordt met op te merken, dat de genoemde aftastende 10 beweging in het algemeen tot stand wordt gebracht door het te onderzoeken object in X-richting en in Y-richting te verplaatsen ten opzichte van de probe, of, omgekeerd, door de probe in X-richting en in Y-richting te verplaatsen ten opzichte van het te onderzoeken object. Het zal duidelijk zijn 15 dat het, voor het verkrijgen van een nauwkeurige en getrouwe afbeelding van de te onderzoeken oppervlaktestructuren, gewenst is dat die genoemde verplaatsing bijzonder nauwkeurig is. Dat is in het bijzonder het geval indien de SPM wordt gebruikt voor het maken van structuren met afmetingen in het 20 nanometer-gebied.

Bekende XY-verplaatsingsinrichtingen zijn behept met één of meerdere nadelen.

Een belangrijk nadeel van bekende XY-verplaatsingsinrichtingen is dat de X-verplaatsing en de Y-verplaatsing 25 niet onafhankelijk van elkaar zijn. Volgens een bekende constructie is een objecthouder in Y-richting verplaatsbaar gemonteerd op een subframe, en is dat subframe in X-richting verplaatsbaar gemonteerd op een hoofdframe. Een consequentie daarvan is, dat bij verplaatsing van het subframe in de 30 X-richting er vrijwel onvermijdelijk een parasitaire verplaatsing van de objecthouder in de Y-richting zal optreden.

Het is derhalve een doel van de onderhavige uitvinding een XY-verplaatsingsinrichting te verschaffen waarbij de 35 X-verplaatsing en de Y-verplaatsing ten opzichte van elkaar ontkoppeld zijn.

10 00 81 5.

3

Een verdere consequentie van de genoemde bekende constructie is, dat als gevolg van temperatuurvariaties zich ongewenste verplaatsingen kunnen voordoen, waarbij bovendien de temperatuurkarakteristiek in de Y-richting verschilt van de 5 temperatuurkarakteristiek in de X-richting. Het is derhalve een verder doel van de onderhavige uitvinding een XY-verplaatsingsinrichting te verschaffen die symmetrisch is. Meer in het bijzonder beoogt de onderhavige uitvinding een XY-verplaatsingsinrichting te verschaffen waarbij 10 temperatuurvariaties in hoofdzaak geen verplaatsing van het te onderzoeken object zullen veroorzaken.

Voor het verplaatsen van het object zijn actuatoren benodigd. Aangezien een hoge nauwkeurigheid gewenst is (beter dan 1 nm), terwijl het aftastgebied kan variëren van enkele 15 nanometers tot meer dan 100 micrometer, worden doorgaans piëzo-elektrische actuatoren toegepast, aangezien een actuator van dit type in bijzondere mate geschikt is voor het genoemde doel vanwege onder meer de relatief eenvoudige besturing daarvan en de betrekkelijk geringe afmetingen daarvan. Zoals 20 bekend, heeft een piëzo-elektrische actuator als eigenschap, dat een lengte-afmeting varieert in afhankelijkheid van een aan de actuator aangelegde elektrische spanning; die aangelegde spanning wordt derhalve doorgaans gebruikt als maat voor de momentane XY-positie van het object.

25 Piëzo-elektrische actuatoren hebben echter enkele eigenschappen die de positie-nauwkeurigheid van het te onderzoeken object op nadelige wijze beïnvloeden. Voorbeelden van dergelijke nadelige eigenschappen zijn bijvoorbeeld hysterese, niet-lineariteit, drift, kruip, veroudering, 30 temperatuurafhankelijkheid. Een complicerende factor daarbij is, dat de hysterese onder meer afhankelijk is van de grootte van het af te tasten gebied, zodat het bijzonder moeilijk zo niet onmogelijk is om een piëzo-elektrische actuator te kalibreren. Als gevolg van de genoemde eigenschappen treden 35 geometrische vervormingen op van de verkregen afbeeldingen, welke vervormingen weer plaatsafhankelijk zijn, waarbij de 10 00 8:..

4 optredende positiefouten kunnen oplopen tot 20% van het aftastgebied.

De genoemde problemen zijn op zich bekend, en er zijn reeds verschillende pogingen gedaan om die problemen op te 5 lossen. Die pogingen hebben echter niet tot volledig bevredigende resultaten geleid. In een bepaalde poging wordt de piëzo-elektrische actuator bestuurd met een niet-lineaire aandrijfspanning, waarbij het niet-lineaire karakter van de aandrijfspanning is gekozen met het oog op het compenseren van 10 het niet-lineaire gedrag van de piëzo-elektrische actuator. Deze benadering kan niet tot nauwkeurige resultaten leiden, omdat het niet-lineaire gedrag van de piëzo-elektrische actuator afhankelijk is van het aftastbereik, en veranderlijk is ten gevolge van bijvoorbeeld veroudering, temperatuur-15 invloeden en depolarisatie-effecten.

In een andere benadering worden de verkregen afbeeldingen naderhand gecorrigeerd door toepassing van beeldbewerkings-technieken. Het toepassen van dergelijke technieken is doorgaans gebaseerd op de veronderstelde aanwezigheid van 20 bepaalde periodieke structuren op het oppervlak van het object, dat wil zeggen een bepaalde verwachting van de onderzoeker. Het gevaar is dan aanwezig dat bepaalde niet-lineaire effecten met een vrij grote karakteristieke lengte uit het beeld worden weggefilterd. Indien het oppervlak in het 25 geheel geen periodieke kenmerken heeft, is beeldherstel zeer moeilijk, zo niet onmogelijk.

De uitvinding beoogt een XY-verplaatsingsinrichting te verschaffen waarbij de genoemde moeilijkheden zich niet voordoen.

30

Daartoe heeft een XY-verplaatsingsinrichting volgens de uitvinding de kenmerken zoals beschreven in conclusie 1.

De bovengenoemde en andere aspecten, kenmerken en 35 voordelen van de onderhavige uitvinding zullen verduidelijkt worden door de hiernavolgende beschrijving van een voorkeursuitvoeringsvorm van een XY-verplaatsingsinrichting volgens de i 10 00 81 5.

5 uitvinding, onder verwijzing naar de tekening, waarin: figuur 1 een bovenaanzicht toont van een voorkeursuitvoeringsvorm van een XY-verplaatsingsinrichting volgens de uitvinding; figuur 2 schematisch het principe illustreert van de ophanging 5 van de objecthouder in het referentieframe; figuur 3 een dwarsdoorsnede toont van een STM met daarin opgenomen de in figuur 1 weergegeven XY-verplaatsings-inrichting; en figuur 4 een blokschema dat de gegevensverwerking bij een 10 XY-verplaatsingsinrichting volgens de uitvinding illustreert.

Figuur 1 toont een bovenaanzicht van een XY-verplaatsingsinrichting 1 volgens de onderhavige uitvinding. In deze figuur is de X-richting horizontaal weergegeven en de 15 Y-richting verticaal. De weergegeven uitvoeringsvorm van de XY-verplaatsingsinrichting 1 is bestemd voor toepassing in een SPM om een probe een aftastende beweging te laten maken langs een gefixeerd opgesteld monster waarvan het oppervlak moet worden onderzocht. Het zal echter duidelijk zijn dat het ook 20 mogelijk is om de XY-verplaatsingsinrichting 1, eventueel na enkele modificaties, te gebruiken om het te onderzoeken monster een aftastende beweging te laten maken langs een gefixeerd opgestelde probe. In het kader van de onderhavige uitvinding zal de te verplaatsen probe respectievelijk het te 25 verplaatsen monster worden aangeduid met de term "object".

'Met het verwijzingscijfer 10 is een referentieframe aangeduid, welk referentieframe 10 bestemd is om gefixeerd te worden bevestigd aan bijvoorbeeld een apparaatframe of de vaste wereld, waartoe bevestigingsgaten 11 gebruikt kunnen 30 worden.

Centraal in het referentieframe 10 is verplaatsbaar een objecthouder 20 aanwezig. De objecthouder 20 is bestemd om daaraan het te verplaatsen object (probe) te bevestigen, en is daartoe voorzien van bevestigingsgaten 21.

35 Het referentieframe 10 is voorts bestemd om daaraan een steunorgaan voor een monster of een monsterhouder te bevestigen, zoals later meer gedetailleerd zal worden 10 00 81 5.

6 beschreven, zodanig dat een monster centraal ten opzichte van het referentieframe 10 kan worden vastgehouden, tegenover de aan de objecthouder 20 bevestigde probe. Het zal duidelijk zijn, dat verplaatsing van de objecthouder 20 ten opzichte van 5 het referentieframe 10 equivalent is met verplaatsing van een aan de objecthouder 20 bevestigde probe ten opzichte van een ten opzichte van het referentieframe 10 gefixeerd monster.

Voor de bevestiging van een dergelijk steunorgaan kan eveneens gebruik gemaakt worden van de bevestigingsgaten 11.

10 Zoals in figuur 1 is weergegeven, en in figuur 2 schematisch is aangeduid, is tussen de objecthouder 20 en het referentieframe 10 een X-manipulator 100 gekoppeld. De X-manipulator 100 heeft drie hoofdfuncties. In de eerste plaats dient de X-manipulator 100 een starre koppeling te 15 verschaffen tussen de objecthouder 20 en een X-actuator, zoals bijvoorbeeld een piëzo-electrische actuator. Ter wille van de eenvoud is een dergelijke actuator in de figuren 1 en 2 niet weergegeven, maar de door de X-actuator uit te oefenen kracht is symbolisch gerepresenteerd door de pijl Fx. Door de beoogde 20 starre koppeling volgt de objecthouder 20 nauwkeurig een door de X-actuator opgelegde X-verplaatsing ten opzichte van het referentieframe 10.

In de tweede plaats dient de X-manipulator 100 een Y-verplaatsing van de objecthouder 20 ten opzichte van het 25 referentieframe 10 toe te laten, enerzijds zonder dat daardoor een (parasitaire) X-verplaatsing van de objecthouder 20 ten opzichte van het referentieframe 10 wordt opgewekt, anderzijds zonder dat op de X-actuator een dwarskracht wordt uitgeoefend.

In de derde plaats dient de X-manipulator 100 in 30 Z-richting (dat wil zeggen loodrecht op de X- en Y-richtingen) een starre koppeling te bieden tussen de objecthouder 20 en het referentieframe 10 teneinde een Z-verplaatsing van de objecthouder 20 ten opzichte van het referentieframe 10 (loodrecht op het vlak van tekening) te verhinderen, ook weer 35 zonder dat op de X-actuator een dwarskracht wordt uitgeoefend.

Volgens de uitvinding is daartoe de X-manipulator 100 opgebouwd als een tweetrapsophanging voor de objecthouder 20.

1 o 0 0 8 Π 7

De X-manipulator 100 omvat een actuatoringangsgedeelte 110 dat is bestemd voor koppeling met een X-actuator; een eerste koppelgedeelte 120 voor koppeling van het actuatoringangsgedeelte 110 met het referentieframe 10, en een tweede koppel-5 gedeelte 130 voor koppeling van het actuatoringangsgedeelte 110 met de objecthouder 20.

Het actuatoringangsgedeelte 110 heeft in de in figuur 1 weergegeven uitvoeringsvorm een in hoofdzaak rechthoekige vorm, waarvan de Y-afmeting in hoofdzaak overeenkomt met de 10 Y-afmeting van de objecthouder 20. Tijdens gebruik zal een in deze figuur ter wille van de eenvoud niet weergegeven piëzo-elektrische actuator inwerken op het actuatoringangsgedeelte 110, zoals aangeduid door de pijl Fx, welke piëzo-elektrische actuator anderzijds is gekoppeld met het referentieframe 10, 15 zoals voor een deskundige duidelijk zal zijn. Door het aanbieden van een geschikt stuursignaal aan een dergelijke piëzo-elektrische actuator zal een X-afmeting van die actuator veranderen, en daardoor de X-afstand tussen het actuatoringangsgedeelte 110 en het referentieframe 10, hetgeen 20 neerkomt op het aan het actuatoringangsgedeelte 110 opleggen van een X-verplaatsing ten opzichte van het referentieframe 10.

Het eerste koppelgedeelte 120 van de X-manipulator 100 is ontworpen om het actuatoringangsgedeelte 110 zodanig vast te 25 houden' ten opzichte van het referentieframe 10, dat dit actuatoringangsgedeelte 110 verplaatsbaar is in de X-richting en aldus een door de piëzo-elektrische actuator opgelegde verplaatsing kan volgen, terwijl voorts dit actuatoringangsgedeelte 110 in Y-richting, en bij voorkeur eveneens in 30 Z-richting, in hoofdzaak gefixeerd is. Voor het in Y-richting fixeren van het actuatoringangsgedeelte 110 omvat het eerste koppelgedeelte 120 een eerste staafvormig orgaan 121 dat zich met zijn lengterichting evenwijdig aan de Y-richting uitstrekt van het actuatoringangsgedeelte 110 naar een eerste 35 bevestigingspunt 12 van het referentieframe 10. Vanwege de gewenste symmetrie omvat het eerste koppelgedeelte 120 voorts een tweede staafvormig orgaan 122 dat zich in het verlengde 10 00 81 5.

8 van het eerste staafvormig orgaan 121 uitstrekt van het actuatoringangsgedeelte 110 naar een tweede bevestigingspunt 13 van het referentieframe 10, waarbij het tweede staafvormig orgaan 122 bij voorkeur even lang is als het eerste 5 staafvormig orgaan 121.

Door deze oriëntatie zullen de staafvormige organen 121 en 122 een eventuele Y-verplaatsing van het actuatoringangsgedeelte 110 tegenwerken, omdat een dergelijke verplaatsing in die staafvormige organen 121 en 122 een trekspanning 10 respectievelijk een drukspanning zal opwekken.

De twee staafvormige organen 121 en 122 hebben een X-afmeting (breedte) die in voldoende mate kleiner is dan hun Y-afmeting (lengte), zodat die staafvormige organen 121 en 122 in de X-richting relatief slap zijn en zich min of meer 15 gedragen als een bladveer. Zij verzetten zich derhalve niet tegen verplaatsing van het actuatoringangsgedeelte 110 in de X-richting. Als gevolg van een dergelijke X-verplaatsing van het actuatoringangsgedeelte 110 zullen die staafvormige organen 121 en 122 enigszins verbuigen en zal er in die 20 staafvormige organen 121 en 122 een trekspanning worden opgewekt. De gevolgen hiervan op de Y-positie van de object-houder 20 zijn echter nihil of in ieder geval verwaarloosbaar. Immers, de X-verplaatsing van het actuatoringangsgedeelte 110 is bijzonder klein in verhouding tot de lengte van de staaf-25 vormige organen 121 en 122, terwijl bovendien wegens de symmetrische opstelling van de staafvormige organen 121 en 122 de eventuele door de verbuiging van beide staafvormige organen 121 en 122 veroorzaakte Y-verplaatsingen elkaar in hoofdzaak annuleren.

30 Het tweede koppelgedeelte 130 van de X-manipulator 100 is ontworpen om een eventuele X-verplaatsing van het actuatoringangsgedeelte 110 door te geven aan de objecthouder 20. Daartoe omvat het tweede koppelgedeelte 130 een derde staafvormig orgaan 131 dat zich met zijn lengterichting evenwijdig 35 aan de X-richting uitstrekt tussen het actuatoringangsgedeelte 110 en de objecthouder 20, zodat dit derde staafvormig orgaan 131 een X-verplaatsing van de objecthouder 20 ten opzichte van ! 10 00 81 5.

9 het actuatoringangsgedeelte 110 tegenwerkt. Dat derde staafvormig orgaan 131 heeft, evenals de eerste en tweede staafvormige organen 121 en 122, een breedte (Y-afmeting) die veel kleiner is dan de lengte (X-afmeting), zodat dit derde 5 staafvormig orgaan 131 in de Y-richting relatief slap is en zich gedraagt als een bladveer. Hierdoor laat het derde staafvormig orgaan 131 een Y-verplaatsing van de objecthouder 20 ten opzichte van het actuatoringangsgedeelte 110 toe, waarbij de als gevolg daarvan op het actuatoringangsgedeelte 110 10 uitgeoefende reactiekracht in de Y-richting relatief klein is.

Voor het in Z-richting fixeren van de objecthouder 20 kunnen afzonderlijke organen aanwezig zijn. Volgens de uitvinding kan dit effect echter reeds tot stand worden gebracht door het kiezen van een geschikte configuratie voor 15 de genoemde staafvormige organen 121, 122 en 131. Indien de Z-afmeting van het derde staafvormig orgaan 131 in voldoende mate groter is gekozen dan de Y-afmeting daarvan, en bij voorkeur in hoofdzaak even groot is als de X-afmeting daarvan, is het derde staafvormig orgaan 131 in Z-richting relatief 20 stijf en werkt het een Z-verplaatsing van de objecthouder 20 ten opzichte van het actuatoringangsgedeelte 110 tegen. Indien de Z-afmeting van de eerste en tweede staafvormige organen 121 en 122 in voldoende mate groter is gekozen dan hun Y-afmeting, en bij voorkeur in hoofdzaak even groot is als hun X-afmeting, 25 zijn de eerste en tweede staafvormige organen 121 en 122 in Z-richting relatief stijf en werken zij een Z-verplaatsing van het actuatoringangsgedeelte 110 ten opzichte van het referen-tieframe 10 tegen. Dit betekent dat de objecthouder 20 in Z-richting gefixeerd wordt gehouden zonder dat de X-actuator 30 in Z-richting wordt belast.

Om later te bespreken redenen is het derde staafvormig orgaan 131 bij voorkeur opgesteld naast een in de X-richting verlopende symmetrieas 2 van de inrichting 1, en is aan de andere zijde van die symmetrieas 2 een vierde staafvormig 35 orgaan 132 opgesteld, in hoofdzaak identiek aan en evenwijdig aan het derde staafvormig orgaan 131, zoals geïllustreerd in figuur 1.

10 0 0 8 U .

10

Indien op een of andere wijze een Y-verplaatsing optreedt van de objecthouder 20, zal het derde staafvormig orgaan 131 verbuigen. Aangezien de Y-verplaatsing van de objecthouder 20 steeds veel kleiner zal zijn dan de lengte van het derde 5 staafvormig orgaan 131, zal de optredende verbuiging van het derde staafvormig orgaan 131 miniem zijn, zodat een eventueel daardoor veroorzaakte X-verplaatsing van de objecthouder 20 bijzonder klein zal zijn. Om ook een dergelijke eventuele X-verplaatsing te annuleren is bij voorkeur de objecthouder 20 10 via een complementaire X-manipulator 100’ gekoppeld met het referentieframe 10. De complementaire X-manipulator 100' is gespiegeld opgesteld ten opzichte van de X-manipulator 100, bevindt zich aan de van de X-manipulator 100 afgekeerde zijde van de objecthouder 20, en kan in constructie identiek zijn 15 aan de X-manipulator 100. Ter wille van de eenvoud zijn in figuur 1 de onderdelen van de complementaire X-manipulator 100' aangeduid met dezelfde verwijzingscijfers als de overeenkomstige onderdelen van de X-manipulator 100, maar voorzien van een accent-teken.

20 Door de symmetrische opstelling van de twee X-manipulatoren 100 en 100' wordt niet alleen bereikt, dat een Y-verplaatsing van de objecthouder 20 geen of hooguit een te verwaarlozen X-verplaatsing van de objecthouder 20 veroorzaakt, maar wordt bovendien bereikt dat temperatuur-25 veranderingen geen netto-invloed hebben op de X-positie van de objecthouder 20.

Aangezien de werking van de complementaire X-manipulator 100' overeenkomt met die van de X-manipulator 100, zal die werking niet afzonderlijk worden besproken. Echter, opgemerkt 30 wordt dat tussen het actuatoringangsgedeelte 110' en het referentieframe 10 geen piëzo-elektrische actuator wordt gekoppeld, maar een veerkrachtig orgaan zoals een drukveer om de uit de organen 110', 20 en 110 bestaande sectie onder voorspanning aan te drukken tegen de genoemde piëzo-35 elektrische actuator, hetgeen de stijfheid in de X-richting verbeterd. Een dergelijke drukveer is ter wille van de eenvoud in de figuren niet weergegeven; slechts de daardoor 10 00 81 5.

i 11 uitgeoefende voorspankracht is in figuur 1 symbolisch gerepresenteerd door de pijl Fx-bias·

Tussen de objecthouder 20 en het referentieframe 10 is 5 voorts een Y-manipulator 200 gekoppeld, die eveneens drie hoofdfuncties heeft welke, mutatis mutandis, gelijk zijn aan die van de X-manipulator 100. In de eerste plaats dient de Y-manipulator 100 een starre koppeling te verschaffen tussen de objecthouder 20 en een Y-actuator; de door de Y-actuator 10 uit te oefenen kracht is symbolisch gerepresenteerd door de pijl Fy. Door de beoogde starre koppeling volgt de objecthouder 20 nauwkeurig een door de Y-actuator opgelegde Y-verplaatsing ten opzichte van het referentieframe 10.

In de tweede plaats dient de Y-manipulator 200 een 15 X-verplaatsing van de objecthouder 20 ten opzichte van het referentieframe 10 toe te laten, enerzijds zonder dat daardoor een (parasitaire) Y-verplaatsing van de objecthouder 20 ten opzichte van het referentieframe 10 wordt opgewekt, anderzijds zonder dat op de Y-actuator een dwarskracht wordt uitgeoefend. 20 In de derde plaats dient de Y-manipulator 200 in Z-richting een starre koppeling te bieden tussen de objecthouder 20 en het referentieframe 10 teneinde een Z-verplaatsing van de objecthouder 20 ten opzichte van het referentieframe 10 (loodrecht op het vlak van tekening) te 25 verhinderen, ook weer zonder dat op de Y-actuator een dwarskracht wordt uitgeoefend.

De in figuur 1 weergegeven Y-manipulator 200 is identiek aan de reeds besproken X-manipulator 100, met dien verstande dat de oriëntatie daarvan over 90° gedraaid is ten opzichte 30 van de oriëntatie van de X-manipulator 100. De onderdelen van de Y-manipulator 200 zijn voorzien van een verwijzingscijfer dat 100 hoger is dan de verwijzingscijfers van de corresponderende onderdelen van de X-manipulator 100. Een afzonderlijke bespreking van de werking van de Y-manipulator 200 wordt hier 35 achterwege gelaten, omdat die werking voor een deskundige duidelijk zal zijn na lezing van de voorgaande bespreking van de werking van de X-manipulator 100.

10 00 81 u 12

Voorts is voorzien in een complementaire Y-manipulator 200', waarvan de werking en de onderdelen corresponderen met die van de complementaire X-manipulator 100'.

Opgemerkt wordt, dat het eerste koppelgedeelte 220 van de 5 Y-manipulator 200 kan zijn verbonden met dezelfde bevestigingspunten 13 en 13' van het referentieframe 10, zoals geïllustreerd, of met afzonderlijke bevestigingspunten. Een vergelijkbare opmerking geldt ten aanzien van de complementaire Y-manipulator 200'.

10

Met de in het voorgaande beschreven constructie verschaft de uitvinding reeds een verbetering ten opzichte van bestaande XY-verplaatsingsinrichtingen, in het bijzonder vanwege de symmetrie. Eenvoudig valt in te zien, dat een verandering van 15 temperatuur van het geheel aanleiding kan zijn tot verandering van de in het referentieframe 10 en de manipulatoren heersende mechanische spanning, maar dat daardoor wegens de symmetrische constructie geen verplaatsing wordt geïnduceerd van de object-houder 20 ten opzichte van de symmetrie-as in de Z-richting.

20 Voort zal het duidelijk zijn dat bij een dergelijke constructie als beschreven, de X- en Y-verplaatsingen van de objecthouder 20 in hoofdzaak van elkaar ontkoppeld zijn.

De uitvinding verschaft in een verdere voorkeurs-25 uitvoeringsvorm een verdere verbetering ten opzichte van de stand der techniek, doordat is voorzien in meetorganen voor het ter plaatse van de objecthouder 20 meten van de daadwerkelijke verplaatsing daarvan. Onder verwijzing naar figuur 3 zal een voorkeursuitvoeringsvorm van dergelijke 30 meetorganen worden besproken.

Figuur 3 toont een langs de symmetrielijn 2 genomen schematische dwarsdoorsnede van de in figuur 1 geïllustreerde inrichting 1 in een klaar-voor-gebruik toestand, dat wil zeggen voorzien van een piëzo-elektrische actuator 140, een 35 voorspanveer 150, een probe 22, en een monsterhouder 31.

De piëzo-elektrische actuator 140 is opgesteld buiten het referentieframe 10. Via een doorboring 145 in het referentie- 10 00 81 5.

13 frame 10 is een eerste uiteinde 141 van de piëzo-elektrische actuator 140 gekoppeld met het actuatoringangsgedeelte 110; het andere uiteinde 142 van de piëzo-elektrische actuator 140 is via een boogvormig steunorgaan 143 onbeweeglijk bevestigd 5 aan het referentieframe 10. Aansluitdraden voor de piëzo-elektrische actuator 140 zijn aangeduid met 146 en 147.

De voorspanveer 150 is op een vergelijkbare wijze gemonteerd buiten het referentieframe 10 met behulp van een boogvormig steunorgaan 143'.

10 De monsterhouder 31 is bevestigd op een steunplaat 30, die op zijn beurt onbeweeglijk is bevestigd op het referentie-frame 10, bijvoorbeeld door middel van schroeven, hetgeen in de figuur ter wille van de eenvoud niet is weergegeven.

De probe 22, die een op zich bekende constructie kan 15 hebben, is gemonteerd in de objecthouder 20, en reikt door een opening 32 in de steunplaat 30 tot in de nabijheid van een in de monsterhouder 31 te monteren monster, dat in de figuur niet is weergegeven. De probe 22 is voorzien van middelen 23 om de probe 22 in de Z-richting te verplaatsen, welke middelen 23 20 eveneens een op zich bekende constructie kunnen hebben.

Volgens de uitvinding is voorzien in X-meetorganen 300 voor het verschaffen van een meetsignaal dat indicatief is voor de X-positie van de objecthouder 20 ten opzichte van het referentieframe 10. In een vanwege de eenvoud de voorkeur 25 genietende uitvoeringsvorm omvatten die X-meetorganen 300 capaci'tieve meetsensoren 310, 310'. De meetsensor 310 omvat een referentie-meetelektrode 311 die gefixeerd is bevestigd ten opzichte van het referentieframe 10, en een object-meet-elektrode 312 die gefixeerd is bevestigd aan de objecthouder 30 20. Bij voorkeur, en zoals geïllustreerd, is de referentie- meetelektrode 311 bevestigd aan de steunplaat 30 voor de monsterhouder 31 via een elektrodesteun 313.

De twee meetelektroden 311 en 312, waarvan de onderlinge afstand ter wille van de duidelijkheid in figuur 3 overdreven 35 groot is weergegeven, hebben elk in hoofdzaak de vorm van een isolerende vlakke plaat waarop geleidende structuren zijn aangebracht, en zij zijn op korte afstand van elkaar 10 0 0 81 1 14 evenwijdig aan elkaar opgesteld, zodat daartussen een capaciteit C is gedefinieerd. De twee meetelektroden 311 en 312 zijn voorzien van ter wille van de eenvoud niet weergegeven aansluitdraden voor verbinding met een ter wille van de 5 eenvoud eveneens niet weergegeven meetapparaat, zodat genoemde capaciteit C gemeten kan worden. Zoals bekend, is een dergelijke capaciteit C omgekeerd evenredig met de afstand tussen de genoemde plaatelektroden 311 en 312, zodat de gemeten capaciteit C kan worden beschouwd als een meetsignaal 10 dat representatief is voor die afstand en dus voor de X-positie van de objecthouder 20 ten opzichte van het referentieframe 10. Aangezien de wijze waarop de capaciteit C gemeten wordt, geen onderwerp vormt van de onderhavige uitvinding, en kennis daarvan voor een goed begrip van de 15 onderhavige uitvinding niet nodig is voor een deskundige, terwijl gebruik gemaakt kan worden van op zich voor dit doel bekende en verkrijgbare meetapparatuur, zal de capaciteitsmeting niet nader worden beschreven. Volstaan wordt met op te merken, dat hierbij een meetsignaal (bijvoorbeeld 20 een frequentie of een tijd) kan worden verkregen dat, zonder dat daaruit de capaciteit daadw^rkelijk berekend hoeft te worden, op zich reeds representatief is voor de X-positie van de objecthouder 20 ten opzichte van het referentieframe 10.

Voor het verkrijgen van een meetsignaal dat zo goed 25 mogelijk representatief is voor de X-positie van de objecthouder 20, is de meetsensor 310 bij voorkeur opgesteld in de ruimte 133 tussen de staafvormige organen 131 en 132 van het tweede koppelgedeelte 130.

De te meten capaciteit is niet alleen afhankelijk van de 30 onderlinge afstand tussen de genoemde plaatelektroden 311 en 312, maar ook van omgevingsfactoren zoals de diëlektrische constante van het eventueel aanwezige medium (bijvoorbeeld lucht) tussen de genoemde plaatelektroden 311 en 312. Voorts kan de onderlinge afstand tussen de genoemde plaatelektroden 35 311 en 312 en daarmee de te meten capaciteit veranderen als onderdelen van de inrichting 1 van vorm veranderen, bijvoorbeeld indien de objecthouder 20 ten gevolge van 10 00 8 1 15 temperatuurveranderingen expandeert of krimpt, zelfs indien daarbij het door de objecthouder 20 vastgehouden object 22 niet van plaats verandert. De genoemde factoren kunnen dus beschouwd worden als een bron voor onnauwkeurigheden. Om 5 daarvoor zo goed mogelijk te corrigeren, zijn bij voorkeur twee meetsensoren 310, 310' van het genoemde type aan weerszijden van de objecthouder 20 aangebracht. Bij een verplaatsing van de objecthouder 20 in de X-richting (naar rechts in figuur 3) zal de elektrode-afstand van de eerste 10 meetsensor 310 groter worden en dus het daardoor verschafte meetsignaal Cl kleiner, terwijl de elektrode-afstand van de tweede meetsensor 310' kleiner zal worden en dus het daardoor verschafte meetsignaal C2 groter. Daarentegen zullen bij een verandering van de diëlektrische constante van het medium of 15 een thermische expansie van de objecthouder 20 beide meetsignalen in gelijke mate veranderen. Aldus is bijvoorbeeld het verschilsignaal C1-C2 in verbeterde mate representatief voor de X-positie van de objecthouder 20.

Een bijkomend voordeel van het gebruik van het verschil-20 signaal C1-C2 als het de X-positie van de objecthouder 20 representerende signaal heeft betrekking op het feit dat de nominale capaciteit van de meetsensoren (ordegrootte pF) veel groter is dan de benodigde resolutie in de capaciteits-veranderingen (ordegrootte aF). Bij een goede centrering van 25 de objecthouder 20 ten opzichte van de meetsensoren is de nominale waarde van het verschilsignaal C1-C2 nul, althans kleiner dan de te verwachten veranderingen in het verschilsignaal C1-C2.

30 In de praktijk is het vrijwel onontkoombaar dat de genoemde elektrodeplaten 311 en 312 niet exact evenwijdig aan elkaar zijn. Een consequentie daarvan is, dat de genoemde elektrodeplaten 311 en 312 niet exact evenwijdig aan elkaar zijn gericht, in welk geval de formule die het verband tussen 35 de capaciteit C en de elektrodeafstand beschrijft, een ingewikkelder vorm krijgt, waarbij de mate van scheefstand een rol speelt. Aangezien in de praktijk een dergelijke scheef- 10 00 81 5.

16 stand doorgaans klein en constant is, is het mogelijk dat de hierdoor veroorzaakte meetonnauwkeurigheid verwaarloosbaar is. Het is echter ook mogelijk om de X-meetorganen zodanig te ontwerpen, dat zij ook informatie verschaffen omtrent een 5 eventuele scheefstand van de elektrodeplaten ten opzichte van elkaar zodat daarvoor gecorrigeerd kan worden. Daartoe kan één van de elektrodeplaten 311, 312 zijn verdeeld in vier segmenten, zodat de meetsensor 310 in feite vier meet-capaciteiten omvat die vier partiële capaciteitsignalen cl, 10 c2, c3, c4 leveren. Hierbij komt het somsignaal cl+c2+c3+c4 overeen met het reeds genoemde meetsignaal C. Door het op geschikte wijze verwerken van de vier partiële capaciteitsignalen cl, c2, c3, c4 is het mogelijk om de elektrodeplaten ten opzichte van elkaar parallel te zetten. Daardoor is het 15 mogelijk de verplaatsing van de objecthouder 20 ten opzichte van het referentieframe 10 te bepalen.

De XY-verplaatsingsinrichting 1 is voorts voorzien van Y-meetorganen 400 voor het verschaffen van een meetsignaal dat 20 representatief is voor de Y-positie van de objecthouder 20 ten opzichte van het referentieframe 10. Deze Y-meetorganen 400 zijn bij voorkeur identiek aan de reeds besproken X-meet-organen 300, met dien verstande dat zij over 90° verplaatst zijn ten opzichte van de X-meetorganen 300, zoals voor een 25 deskundige duidelijk zal zijn. Om deze reden zullen de Y-meetorganen 400 niet afzonderlijk worden besproken, en zijn zij in figuur 3 niet afzonderlijk geïllustreerd.

Thans zal onder verwijzing naar figuur 4 bij wijze van 30 voorbeeld een SPM 500 worden besproken, waarin de XY-verplaatsingsinrichting 1 volgens de onderhavige uitvinding is toegepast. De SPM 500 omvat een actuatoraandrijfinrichting 510 voor het leveren van stuursignalen ax en ay voor de X- en Y-actuatoren 140 en 240. De SPM 500 omvat voorts een eerste 35 gegevensverwerkende inrichting 520 voor het ontvangen en verwerken van de door de X- en Y-meetorganen 300 en 400 verschafte meetsignalen Cx en Cy. De SPM 500 omvat voorts een 10 0 0 81 5- 17 tweede gegevensverwerkende inrichting 530 voor het ontvangen en verwerken van de door middel van de probe 22 ontvangen informatie.

De uitvinding voorziet twee verschillende manieren waarop 5 de door de X- en Y-meetorganen 300 en 400 verschafte meet-signalen Cx en Cy kunnen worden benut tijdens het uitvoeren van een verplaatsing van het door de objecthouder 20 vastgehouden object 22. Deze twee manieren zullen in het hiernavolgende worden uitgelegd, waarbij de beoogde X- en 10 Y-posities (coördinaten) respectievelijk zullen worden aangeduid met χχ en γχ, en de werkelijke X- en Y-posities respectievelijk zullen worden aangeduid met xr en yr. Die werkelijke X- en Y-posities worden berekend (of althans benaderd) met behulp van de door de X- en Y-meetorganen 300 en 15 400 verschafte meetsignalen Cx en Cy, en niet, zoals conventioneel gebruikelijk is, op basis van de stuursignalen ax en ay.

Volgens een eerste methode worden de X- en Y-actuatoren 140 en 240 op conventionele wijze aangedreven voor het 20 verplaatsen van de objecthouder 20 naar verschillende beoogde posities (χχ, γχ) . De actuatoraandrijfinrichting 510 heeft informatie over de karakteristiek van de X- en Y-actuatoren 140 en 240, en berekent op basis van die informatie stuursignalen ax(xx) en ay(yx) als functie van de beoogde X- en 25 Y-coördinaten χχ en γχ. Zoals in het voorgaande is uitgelegd, is genoemde informatie waarschijnlijk incorrect, zodat de als gevolg van genoemde stuursignalen ax(xx) en ay(yx) resulterende werkelijke X- en Y-coördinaten XR<ax(xx)) en YR(ay(yx)> zullen afwijken van de beoogde coördinaten χχ en γχ.

30 De tweede gegevensverwerkende inrichting 530 van de SPM

500 ontvangt een meetsignaal van de probe 22, dat zal worden aangeduid met de letter Ψ. Dat meetsignaal Ψ kan bijvoorbeeld een Z-coördinaat van het te onderzoeken oppervlak betreffen. Volgens deze eerste methode volgens de onderhavige uitvinding 35 worden bovendien de op basis van de door de X- en Y-meetorganen 300 en 400 verschafte meetsignalen Cx en Cy berekende werkelijke X- en Y-coördinaten xr en yr verschaft aan de 10 00 81 5.

18 tweede gegevensverwerkende inrichting 530, zoals aangeduid met de signaalbaan 5401, en verwerkt de tweede gegevensverwerkende inrichting 530 het genoemde meetsignaal Ψ als behorende bij de werkelijke positie (xr, yr) .

5 Deze eerste methode heeft het voordeel, dat geen veranderingen nodig zijn voor een bestaande stuurinrichting. Weliswaar wordt een meting niet exact uitgevoerd op de beoogde positie, maar de werkelijke positie (xr, yr) waar de meting wordt uitgevoerd, is bekend, en de meetsignalen ^(xr, yR) zijn 10 correct. Een op deze wijze uitgevoerde contour-meting verschaft een correcte afbeelding van de contour van het werkelijk onderzochte gedeelte van het monster-oppervlak.

Een tweede methode volgens de onderhavige uitvinding is 15 in het bijzonder geschikt voor toepassingen waar het gewenst is dat de werkelijke positie gelijk is aan de beoogde positie. Een voorbeeld van een dergelijke toepassing is een contour-meting waarbij men de meetsignalen Ψ wenst te verkrijgen bij specifieke, voorafbekende X- en Y-coördinaten xt en yT. Een 20 ander voorbeeld van een dergelijke toepassing is een bewerkingstechniek voor het vervaardigen van een structuur in of op het monster-oppervlak.

Volgens deze tweede methode volgens de onderhavige uitvinding wordt de objecthouder 20 steeds zodanig verplaatst, 25 dat de werkelijke positie (xr, yr) gelijk is aan de beoogde positie (xt, Yt)· Daartoe wordt de actuatoraandrijfinrichting 510 via een terugkoppellus voorzien van informatie die representatief is voor de werkelijke positie (xr, yr) , zoals aangeduid met de signaalbaan 54011, en past de actuator-30 aandrijfinrichting 510 de stuursignalen ax en ay aan om de verschillen xr-xt en yR-γτ naar in hoofdzaak nul te brengen.

In een variant ontvangt de actuatoraandrijfinrichting 510 informatie die representatief is voor die verschillen xr-xt en YR-yT, welke informatie driewaardig kan zijn, namelijk "te 35 groot", "te klein", en "binnen een vooraf ingestelde tolerantie".

1000 815.

! 19

In een variant is het gewenst om de objecthouder 20 lineair te verplaatsen, bijvoorbeeld in de X-richting, dat wil zeggen onder het constant houden van de Y-coördinaat. Daarbij wordt de verplaatsing in de X-richting uitgevoerd volgens één 5 van de twee bovenbesproken methoden, terwijl de Y-coördinaat gelijk wordt gehouden aan een initiële Y-coördinaat door de Y-actuator 240 zodanig aan te sturen, dat het de Y-coördinaat representerende meetsignaal Cy constant blijft. Het is daarbij dus niet nodig om steeds de werkelijke Y-coördinaat te 10 berekenen. Een dergelijke aanstuurvariant vindt bijvoorbeeld plaats bij het aftasten van een oppervlak met een SPM volgens een heen-en-weer gaande beweging.

In het voorgaande is uitgelegd dat dank zij het door de uitvinding voorgestelde ontwerp van de XY-verplaatsings-15 inrichting 1 de X- en Y-verplaatsingen ontkoppeld zijn. Indien desondanks, om welke reden dan ook, een ongewenste verplaatsing in bijvoorbeeld de Y-richting dreigt op te treden tijdens een opgelegde beweging in bijvoorbeeld de X-richting, kan aldus die dreigende ongewenste verplaatsing volgens de 20 uitvinding op eenvoudige wijze worden tegengewerkt door aanpassing van het stuursignaal (ay) voor de betreffende (Y-)actuator. Hetzelfde geldt ten aanzien van ongewenste verplaatsingen die zouden kunnen optreden ten gevolge van uitwendige storingen, zoals trillingen, drift, kruip, etc.

25 in principe is het mogelijk om de XY-verplaatsings-inrichting 1 op te bouwen uit losse onderdelen, die dan bijvoorbeeld door lijmen of lassen aan elkaar worden bevestigd. Een nadeel hiervan is echter, dat daardoor niet-30 symmetrische spanningen geïntroduceerd kunnen worden in de inrichting 1, waarvan de grootte, richting en verdelings-karakteristiek onbekend zijn. Wegens de gewenste nauwkeurigheid verdient het daarom de voorkeur om de XY-verplaatsings-inrichting 1 te vervaardigen als een geïntegreerd geheel, door 35 in een massief werkstuk geschikte uitsparingen te maken, bijvoorbeeld door middel van vonk-verspanen of lasersnijden. Een geschikt gebleken uitvoeringsvorm is vervaardigd uitgaande 10 00 81 5.

20 van een rechthoekig blok roestvast staal met een dikte (Z-afmeting) van 2 cm, een lengte (X-afmeting) van 11 cm, en een breedte (Y-afmeting) van 11 cm. De X- en Y-buiten-afmetingen van de objecthouder 20 bedroegen beide 2 cm.

5 De lengten van de staafvormige organen bedroegen alle 15 mm, terwijl de dikten daarvan alle 2 mm bedroegen, met onderlinge afstanden van steeds 16 mm. De actuatoringangsgedeelten waren rechthoekig, zoals getoond in figuur 1, met afmetingen 20x10x20 mmxmmxmm.

10

Het zal voor een deskundige duidelijk zijn dat het mogelijk is de weergegeven uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding te veranderen of te modificeren, zonder de uitvindingsgedachte of de beschermingsomvang te verlaten.

15 Zo is het bijvoorbeeld mogelijk dat de staafvormige organen van de eerste koppelorganen 120, 120', 220, 220' een andere lengte hebben dan de staafvormige organen van de tweede koppelorganen 130, 130', 230, 230'.

Ook is het mogelijk dat het aantal staafvormige organen 20 van de tweede koppelorganen 130, 130', 230, 230' groter is dan twee. Ook is het mogelijk dat de eerste koppelorganen 120, 120', 220, 220' zijn voorzien van meerdere, bij voorkeur parallel opgestelde staafvormige organen. Ook is het mogelijk dat de eerste koppelorganen 120, 120', 220, 220' zijn voorzien 25 van staafvormige organen die zijn gericht volgens de Z-richting.

Voorts kunnen de genoemde twee gegevensverwerkende inrichtingen 520 en 530 worden gevormd door meerdere samenwerkende modules of geïntegreerd zijn tot een enkele 30 inrichting, of kunnen de eerste gegevensverwerkende inrichting 520 en de actuatoraandrijfinrichting 510 geïntegreerd zijn tot een enkele inrichting, of kunnen de twee gegevensverwerkende inrichtingen 520 en 530 tezamen met de actuatoraandrijf-inrichting 510 geïntegreerd zijn tot een enkele inrichting.

35 Voorts kunnen de veerkrachtige organen 150 zijn vervangen door een piëzo-elektrische actuator. In een dergelijk geval worden de twee tegenover elkaar gemonteerde actuatoren in 10 0 0 8 i; .

21 combinatie aangedreven: een "basis"-signaal voor beide actuatoren defineert de voorspanning, terwijl een verplaatsing wordt teweeggebracht door de ene actuator een grotere en de andere actuator een kleinere spanning aan te bieden. Een 5 dergelijke configuratie wordt aangeduid met de term "push/pull stage".

10 00 81 5.

Claims

1. XY-verplaatsingsinrichting (1) voor het nauwkeurig verplaatsen van een object (22) in twee onderling in hoofdzaak loodrechte richtingen (X en Y), omvattende: een referentieframe (10); 5 een objecthouder (20) voor het vasthouden van het te verplaatsen object (22); een tussen het referentieframe (10) en de objecthouder (20) gekoppelde X-manipulator (100) die is ingericht om een starre koppeling te verschaffen tussen de objecthouder (20) en een 10 X-actuator (140), een Y-verplaatsing van de objecthouder (20) ten opzichte van het referentieframe (10) toe te laten, en een Z-verplaatsing van de objecthouder (20) ten opzichte van het referentieframe (10) tegen te werken; en een tussen het referentieframe (10) en de objecthouder (20) 15 gekoppelde Y-manipulator (200) die is ingericht om een starre koppeling te verschaffen tussen de objecthouder (20) en een Y-actuator (240), een X-verplaatsing van de objecthouder (20) ten opzichte van het referentieframe (10) toe te laten, en een Z-verplaatsing van de objecthouder (20) ten opzichte van het 20 referentieframe (10) tegen te werken.

2. XY-verplaatsingsinrichting volgens conclusie 1, waarbij de X-manipulator (100) is opgebouwd als een tweetrapsophanging voor de objecthouder (20) ten opzichte van het referentieframe 25 (10) .

3. XY-verplaatsingsinrichting volgens conclusie 2, waarbij de X-manipulator (100) omvat: een actuatoringangsgedeelte (110) voor koppeling met de 30 X-actuator (140), een eerste koppelgedeelte (120) voor koppeling van het actuatoringangsgedeelte (110) met het referentieframe (10), en een tweede koppelgedeelte (130) voor koppeling van het actuatoringangsgedeelte (110) met de 10 00 81 5. objecthouder (20); waarbij het eerste koppelgedeelte (120) stijf is in de Y- en Z-richtingen en relatief slap is in de X-richting, en waarbij het tweede koppelgedeelte (130) stijf is in de X- en 5 Z-richtingen en relatief slap is in de Y-richting.

4. XY-verplaatsingsinrichting volgens conclusie 3, waarbij het eerste koppelgedeelte (120) ten minste één eerste staaf-vormig orgaan (121) omvat dat zich met zijn lengterichting 10 evenwijdig aan de Y-richting uitstrekt van het actuator- ingangsgedeelte (110) naar een eerste bevestigingspunt (12) van het referentiefrarae (10), en ten minste één tweede staaf-vormig orgaan (122) dat zich in het verlengde van het eerste staafvormig orgaan (121) uitstrekt van het actuatoringangs-15 gedeelte (110) naar een tweede bevestigingspunt (13) van het referentieframe (10).

5. XY-verplaatsingsinrichting volgens conclusie 4, waarbij de twee staafvormige organen (121) en (122) een X-afmeting 20 (breedte) hebben die in voldoende mate kleiner is dan hun Y-afmeting (lengte).

6. XY-verplaatsingsinrichting volgens conclusie 4 of 5 waarbij de Z-afmeting van de eerste en tweede staafvormige 25 organen (121) en (122) in voldoende mate groter is dan hun Y-afmeting, en bij voorkeur in hoofdzaak even groot is als hun X-afmeting.

7. XY-verplaatsingsinrichting volgens één der conclusies 3-6, 30 waarbij het tweede koppelgedeelte (130) ten minste één derde staafvormig orgaan (131) omvat dat zich met zijn lengterichting evenwijdig aan de X-richting uitstrekt tussen het actuatoringangsgedeelte (110) en de objecthouder (20).

8. XY-verplaatsingsinrichting volgens conclusie 7, waarbij het derde staafvormig orgaan (131) een Y-afmeting (breedte) 10 00 81 5. heeft die in voldoende mate kleiner is dan zijn X-afmeting (lengte).

9. XY-verplaatsingsinrichting volgens conclusie 7 of 8 5 waarbij de Z-afmeting van het derde staafvormig orgaan (131) in voldoende mate groter is dan de Y-afmeting daarvan, en bij voorkeur in hoofdzaak even groot is als de X-afmeting daarvan.

10. XY-verplaatsingsinrichting volgens één der conclusies 7-9, 10 waarbij het derde staafvormig orgaan 131 is opgesteld naast een in de X-richting verlopende symmetrieas (2) van de inrichting (1), en aan de andere zijde van die symmetrieas (2) een vierde staafvormig orgaan (132) is opgesteld, in hoofdzaak identiek aan en evenwijdig aan het derde staafvormig orgaan 15 (131) .

11. XY-verplaatsingsinrichting volgens één der conclusies 1-10, voorzien van een tussen het referentieframe (10) en de objecthouder (20) gekoppelde complementaire X-manipulator 20 (100') die in hoofdzaak identiek is aan de X-manipulator (100) en spiegelsymmetrisch is opgesteld ten opzichte van de X-manipulator (100) .

12. XY-verplaatsingsinrichting volgens conclusie 11, waarbij 25 tussen een actuatoringangsgedeelte (110') van de complementaire X-manipulator (100') en het referentieframe (10) een veerkrachtig orgaan (150) zoals een drukveer is opgenomen.

13. XY-verplaatsingsinrichting volgens conclusie 11, waarbij tussen een actuatoringangsgedeelte (110') van de complementaire X-manipulator (100') en het referentieframe (10) een piëzo-elektrische actuator is geschakeld om een push/pull stage te definiëren. 1000 81 b.

14. XY-verplaatsingsinrichting volgens één der conclusies 1-13, waarbij de Y-manipulator (200) identiek is aan de X-manipulator (100) maar 90° gedraaid is ten opzichte van de X-manipulator (100). 5

15. XY-verplaatsingsinrichting volgens één der conclusies 1-14, waarbij in hoofdzaak een 4-voudige symmetrie aanwezig is.

16. XY-verplaatsingsinrichting volgens één der voorgaande conclusies, waarbij het referentieframe (10), de objecthouder (20), de X-manipulator (100) en de Y-manipulator (200) als één geheel zijn vervaardigd, uitgaande van een massief werkstuk.

17. XY-verplaatsingsinrichting volgens één der voorgaande conclusies, waarbij tussen het referentieframe (10) en de objecthouder (20) X-meetorganen (300) zijn gekoppeld voor het verschaffen van een meetsignaal (Cx) dat indicatief is voor de X-positie van de objecthouder (20) ten opzichte van het 20 referentieframe (10).

18. XY-verplaatsingsinrichting volgens conclusie 17, waarbij de X-meetcrganen (300) capacitieve meetsensoren (310, 310') omvatten.

19. XY-verplaatsingsinrichting volgens conclusie 18, waarbij de meetsensor (310) een object-meetelektrode (312) omvat die gefixeerd is bevestigd aan de objecthouder (20), en een referentie-meetelektrode (311) omvat die gefixeerd is 30 bevestigd ten opzichte van het referentieframe (10), en bij voorkeur via een elektrodesteun (313) is bevestigd aan een aan de referentie-meetelektrode (311) bevestigde steunplaat (30) voor een monsterhouder (31) .

20. XY-verplaatsingsinrichting volgens conclusie 19, waarbij althans één der elektroden (311, 312) is verdeeld in meerdere, bij voorkeur vier segmenten. 10 00 8U,

21. XY-verplaatsingsinrichting volgens één der conclusies 17-20, waarbij twee meetsensoren (310, 310') aan weerszijden van de objecthouder (20) zijn aangebracht.

22. Aftastinrichting zoals bijvoorbeeld een SPM (500), voorzien van een XY-verplaatsingsinrichting (1) volgens één der voorgaande conclusies; een actuatoraandrijfinrichting (510) voor het leveren van stuursignalen (ax, ay) voor de X-en Y-actuatoren (140, 240); een eerste gegevensverwerkende 10 inrichting (520) voor het ontvangen en verwerken van de door de X- en Y-meetorganen (300, 400) verschafte meetsignalen (Cx, Cy); en een tweede gegevensverwerkende inrichting (530) voor het ontvangen en verwerken van door middel van een probe (22) ontvangen informatie (Ψ); waarbij de eerste gegevens-15 verwerkende inrichting (520) is ingericht om uit de door de X-en Y-meetorganen (300, 400) verschafte meetsignalen (Cx, Cy) de werkelijke X- en Y-coördinaten (xr, yr) van de objecthouder (20) respectievelijk het daardoor vastgehouden object (22) te berekenen; waarbij is voorzien in een signaalbaan (5401) om 20 genoemde werkelijke X- en Y-coördinaten (xr, yr) mee te delen aan de tweede gegevensverwerkende inrichting (530); en waarbij de tweede gegevensverwerkende inrichting (530) is ingericht om de genoemde informatie (Ψ) te relateren aan de genoemde werkelijke X- en Y-coördinaten (xR, yr) . 25

23. A.ftastinrichting zoals bijvoorbeeld een SPM (500), voorzien van een XY-verplaatsingsinrichting (1) volgens één der voorgaande conclusies; een actuatoraandrijfinrichting (510) voor het leveren van stuursignalen (ax, ay) voor de X-30 en Y-actuatoren (140, 240); een eerste gegevensverwerkende inrichting (520) voor het ontvangen en verwerken van de door de X- en Y-meetorganen (300, 400) verschafte meetsignalen (Cx, Cy); en een tweede gegevensverwerkende inrichting (530) voor het ontvangen en verwerken van door middel van een probe (22) 35 ontvangen informatie (Ψ); waarbij de eerste gegevensverwerkende inrichting (520) is ingericht om uit de door de X-en Y-meetorganen (300, 400) verschafte meetsignalen (Cx, Cy) 10 00 81 de werkelijke X- en Y-coördinaten (xr, yR) van de objecthouder (20) respectievelijk het daardoor vastgehouden object (22) te berekenen; waarbij is voorzien in een signaalbaan (54011) om genoemde werkelijke X- en Y-coördinaten (xr, yr) mee te delen 5 aan de actuatoraandrijfinrichting (510); en waarbij de actuatoraandrijfinrichting (510) is ingericht om de genoemde stuursignalen (ax, ay) voor de X- en Y-actuatoren (140, 240) zodanig te genereren, dat de genoemde werkelijke X- en Y-coördinaten (xr, yR) gelijk zijn aan beoogde X- en 10 Y-coördinaten (xt, yT) . 10 0 0 8 i-<