DE69317857T2

DE69317857T2 - Linearisierungs- und Eichungssystem für einen Abtastungsapparat

Info

Publication number: DE69317857T2
Application number: DE69317857T
Authority: DE
Inventors: Marc Robert Schuman
Original assignee: Topometrix
Current assignee: Topometrix
Priority date: 1992-11-20
Filing date: 1993-11-22
Publication date: 1998-08-06
Anticipated expiration: 2013-11-23
Also published as: EP0599582A2; EP0599582B1; US5641897A; US5469734A; EP0599582A3; DE69317857D1

Description

Hintergrund der Erfindung

Bereich der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf die Linearisierung und Kalibrierung elektromechanischer Abtastvorrichtungen, und insbesondere bezieht sie sich auf eine Einrichtung für die Positionsmessung einer Probenabtaststufe, welche bei Abtastmikroskopen und Oberflächenmeßsystemen verwendet wird.

Beschreibung des Stands der Technik

Vorrichtungen zum Erzeugen präziser linearer zwei- oder dreidimensionaler Bewegungen haben sich als bei Abtastvorrichtungen äußerst zweckdienlich erwiesen. Insbesondere sind elektromechanische Umsetzer, wie zum Beispiel piezoelektrische Keramikstellglieder, welche sich bei Anlegen eines elektrischen Potentials ausdehnen, für X- Y-Z-Positioniereinrichtungen bei Abtastsondenmikroskopen verwendet worden. Derartige piezoelektrische Keramikmaterialien sind in Laminaten, Röhren oder Stapeln kombiniert worden, um eine zweidimensionale oder sogar dreidimensionale Bewegung der Probenstufen für derartige Systeme zu ermöglichen.
Piezoelektrische Keramikstellglieder sind elektromechanische Elemente, welche zweidimensionalen Änderungen um eine Polungsachse unterliegen, welche in dem Material während des Herstellungsvorgangs gebildet worden ist. Wenn ein elektrisches Feld an die Keramik angelegt wird, dann dehnt sich das Material im allgemeinen um die Polungsachse herum aus und zieht sich orthogonal zur Polungsachse zusammen. Die Abmessungsantwort derartiger piezoelektrischer Materialien auf die angelegte Spannung ist jedoch nicht linear, und derartige Materialien weisen im allgemeinen sich verändernde Ausmaße einer Hysterese, eines Kriechens und eine sich verändernde Empfindlichkeit auf das Anlegen einer Spannung auf. Die Hysterese tritt aufgrund einer Differenz der Abmessungsänderungen in Antwort auf eine angelegte Spannung auf, in Abhängigkeit davon, ob die Spannung eine Zunahme oder eine Abnahme hinsichtlich der vorher angelegten Spannung ist. Obgleich das Ausmaß der Hysterese und der Nichtlinearität der Antwort bei hart-piezoelektrischen Materialien weniger stark ist (welche eine Curie-Temperatur oberhalb von 300ºC aufweisen und geringere Verschiebungen erzeugen), als bei weich-piezoelektrischen Materialien (welche eine Curie-Temperatur unter 200ºC aufweisen und größere Verschiebungen erzeugen), weist das hart-piezoelektrische Material typischerweise immer noch ein Hystereausmaß im Bereich von 2 % und eine Abweichung von der Linearität von ungefähr 1 % auf. Das Kriechen ist ein pHänomen der kurzzeitigen Abmessungsstabilisierung, welche nach dem Anlegen einer Schrittänderung der Spannung zum anfänglichen Ändern der Abmessung auftritt, gefolgt durch eine allmähliche, langzeitige, kleine Abmessungsänderung in der Richtung der Anfangsänderung. Der Betrag des Kriechens bei einem piezoelektrischen Material kann im Bereich von 1 % bis 20 % der anfänglichen Abmessungsantwort über eine Zeitdauer von 10 bis 100 Sekunden hinweg sein.
Abtastsondenmikroskope, wie zum Beispiel Abtastkraftmikroskope, welche ferner als atomare Kraft-Mikroskope bekannt sind, sind zweckdienlich beim Abbilden von Objekten, die so klein wie Atome sind. Das Abtastkraftmikroskop steht in enger Beziehung zum Abtasttunnelmikroskop und der Technik der Nadel-Profilometrie. Bei einem typischen Abtastkraftmikroskop wird ein Laserstrahl auf einen reflektierenden Abschnitt eines Hebelarms gerichtet, welcher eine Sonde trägt, so daß eine Vertikalbewegung einer Sonde, welche der Kontur einer Probe folgt, in eine relativ große Ablenkung des Lichtstrahls verstärkt wird. Die Ablenkung des Laserstrahls wird typischerweise durch ein Fotodetektorfeld im optischen Weg des abgelenkten Laserstrahls überwacht, und die Probe ist an einer Probenstufe angebracht, welche in kleinen Abständen in drei Dimensionen bewegbar ist, so daß die Probe besser rastermäßig abgetastet werden kann, während die vertikale Positionierung der Sonde bezüglich der Oberfläche der Probe im wesentlichen durch eine Rückkopplungsschleife mit dem Fotodetektor, welcher die vertikale Positionierung der Probe steuert, konstant gehalten wird. Derartige Abtastkraftmikroskope sind zweckdienlich zum Abbilden einer Probe, welche in drei Dimensionen bewegt wird, während der Sensorkopf stationär ist und von der Abtastanordnung, welche die Probe bewegt, getrennt ist. Alternative Aufbauten, in welchen die Probe stationär gehalten ist, während die Sonde bewegt wird, können ebenso verwendet werden, um im wesentlichen die gleichen Ergebnisse zu erhalten.
Die EP-A-0 487 300 (Toshiba) offenbart ein Abtastsondenmikroskop mit einer elektromechanischen Abtasteinrichtung, umfassend ein festgelegtes Anbringungsmittel, ein Abtastmittel, welches zur Verschiebung in wenigstens einer Dimension bezüglich des festgelegten Anbringungsmittels angebracht ist, und ein Steuer/Regel-Mittel zum Erzeugen eines Befehlssignals für eine gewünschte Verschiebung des Abtastmittels. Elektromechanische Stellglieder sind elektrisch mit dem Steuer/Regel-Mittel verbunden und an dem festgelegten Anbringungsmittel zum Verschieben des Abtastmittels in wenigstens einer Dimension der Verschiebung bezüglich des festgelegten Anbringungsmittels in Antwort auf das Befehlssignal angebracht.
Abtastkraftmikroskopbilder können durch Probleme mit der Hysterese und einem im allgemeinen nicht linearen Ansprechverhalten piezoelektrischer Materialien, welche bei Abtastvorrichtungen für derartige Mikroskope verwendet werden, stark gestört sein. In Anbetracht der hohen Auflösung und der Positionierungsgenauigkeit, welche zum Vermeiden von Störungen der Abtastkraftmikroskopbilder erforderlich sind, wäre es wünschenswert, eine elektromechanische Abtasteinrichtung vorzusehen, welche eine präzise Translationsbewegung der Abtastvorrichtung und eine genaue Messung der Position der Sonde bezüglich der Probe ermöglicht.
Störungen in der Abtasterverschiebung eines X-Y-Z-Abtasters sind typischerweise durch eine geschlossenschleifige Rückkopplungskorrektur oder eine Bild-Nachbehandlungs-Software korrigiert worden, beruhend auf der Bestimmung von korrigierten (x, y)-Positionen gemäß einer Formel mit einer Anzahl an Variablen, und mit verschiedenen Strategien zur Interpolation, oder beruhend auf der Messung der tatsächlichen Abtasterverlagerung. Eine Korrektur durch eine Bildnachbehandlungs-Software kann zeitaufwendig sein und den umfangreichen Einsatz von Berechnungsquellen erfordern; Interpolationsfehler bei dem Verfahren können das Bild verzerren und stören. Es sind ferner Linear-Variable-Differentialtransformator-, optische Interferometrie-, Kondensator- und optische Strahlpositionserfassungsverfahren verwendet worden, um die tatsächliche Abtasterverlagerung zu messen. Die Interferometrie hat sich als sehr genau erwiesen, führt jedoch zu einer periodischen Ausgabefunktion und ist komplex auszuführen. Ein fotoelektrisches Differenziersystem mit einem vorbestimmten dynamischen Bereich hat sich ebenso als zweckdienlich erwiesen, hat jedoch ein beschränktes Auflösungsvermögen. Dehnungsmesser, welche ihren elektrischen Widerstand mit einer Änderung ihrer Länge ändern, sind empfindliche Anzeigen, welche direkt mit piezoelektrischen Stellgliedern verbunden werden können, um eine Anzeige einer lokalen Ausdehnung des Stellglieds zu ergeben, welche wiederum zum Extrapolieren der näherungsweisen Verlagerung einer Stufe verwendet werden kann. Das Anbringen eines Dehnungsmessers direkt auf die Keramik funktioniert jedoch nicht gut, wenn der Abtastbereich größer als ungefähr 1 Mikron (u) ist.
Es wäre wünschenswert, ein verbessertes System zum Linearisieren und Kalibrieren nicht linearer elektromechanischer Abtastvorrichtungen, welche eine Ausdehnung von mehr als 1 u aufweisen, mit verbesserter Linearität als herkömmliche Verfahren vorzusehen, wodurch Probleme der Hysterese, des Kriechens und nicht linearer Verlagerungsantworten abgeschwächt werden. Es wäre ferner wünschenswert, ein verbessertes System vorzusehen, das klein und relativ kostengünstig herzustellen ist. Die vorliegende Erfindung erfüllt diese Anforderungen.

Zusammenfassung der Erfindung

Kurz und allgemein gesagt sieht das System zum Linearisieren und Kalibrieren einer Abtasteinrichtung, welches die vorliegende Erfindung verkörpert, eine verbesserte X-Y-Z-Positionierungs- und Abbildungsgenauigkeit für hochauflösende Mikroskope vor und sieht ein Mittel zum Verringern von Problemen mit der Hysterese, dem Kriechen und der nicht linearen Empfindlichkeit von elektromechanischen Steligliedern der Abtasteinrichtung, welche im Stand der Technik bekannt sind, vor. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine elektromechanische Abtasteinrichtung vorgesehen mit einem Probenstufenabschnitt, einer Auslenkungsstruktur, welche zwischen der Abtasteinrichtung und der festgelegten Anbringungsbasis angebracht ist, so daß die Auslenkungsstruktur in Antwort auf die Verlagerung des Abtasteinrichtungsabschnitts in wenigstens einer Verlagerungsdimension eine Auslenkung aufweist, und einem Mittel zum Messen der Auslenkung der Auslenkungsstruktur und zum Erzeugen eines Auslenkungsausgangssignals, welches ein Auslenkungsausmaß der Auslenkungsstruktur wiedergibt. In einer bevorzugten Ausführungsform sind Dehnungsmesser an der Auslenkungsstruktur angebracht, um eine hochempfindliche Anzeige der tatsächlichen Verlagerung der Probenstufe der Abtasteinrichtung für eine verbesserte Linearität und Kalibrierung mit einem größeren dynamischen Bereich, als er bisher durch herkömmliche Verfahren vorgesehen ist, vorzusehen. Das verbesserte System zum Linearisieren und Kalibrieren einer Abtasteinrichtung ist ferner klein und relativ kostengünstig herzustellen und macht den Aufbau des Abtastsystems im wesentlichen nicht komplizierter.
In einer momentan bevorzugten Ausführungsform sieht die Einrichtung ein System zum Linearisieren und Kalibrieren einer Abtasteinrichtung vor, umfassend eine feste Anbringungsbasis, ein Abtastmittel mit einer Abtastsondeneinrichtung, welche zur Verwendung mit einem Abtastkraftmikroskop oder einem Rastertunnelmikroskop geeignet ist. Die Abtastsondeneinrichtung ist an dem festgelegten Anbringungsmittel zur Verlagerung in wenigstens einer Verlagerungsdimension bezüglich der festen Anbringungsbasis angebracht. In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Abtasteinrichtung einen Translationsstufenturm, welche an der festgelegten Anbringungsbasis zur Schwenkbewegung angebracht ist, und in einer zweiten bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Abtasteinrichtung einen piezoelektrischen Röhrenabtaster, welcher an der festgelegten Anbringungsbasis angebracht ist. Ein Steuer/Regel-System ist ferner vorgesehen zur Erzeugung eines Befehlssignals für eine gewünschte Verlagerung der Abtasteinrichtung in wenigstens einer Dimension der Verlagerung. In bevorzugten Ausführungsformen erzeugt das Steuer/Regel-System eine Mehrzahl von Befehlssignalen für die gewünschte Verlagerung der Abtasteinrichtung in zwei oder drei Dimensionen der Verlagerung. Ein elektromechanisches Stellglied, das elektrisch mit dem Steuer/Regel-System verbunden ist, ist an der festgelegten Anbringungsbasis zum Verlagern des Abtasteinrichtungs-Probenstufenabschnitts in bis zu drei Dimensionen der Verlagerung bezüglich der festgelegten Anbringungsbasis in Antwort auf die Befehlssignale angebracht. Ein Auslenkungselement, wie zum Beispiel ein Balken, ist zwischen der Abtasteinrichtung und der festgelegten Anbringungsbasis angebracht und weist eine der Verlagerung des Abtasteinrichtungs-Probenstufenabschnitts in wenigstens einer Dimension der Verlagerung entsprechende Auslenkung auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind erste und zweite Auslenkungselemente zwischen der Abtasteinrichtung und der festgelegten Anbringungsbasis angebracht. Es ist ferner ein Mittel vorgesehen zum Messen der Auslenkung des Auslenkungselements und zum Erzeugen eines Auslenkungsausgangssignals, welches das Auslenkungsausmaß des Auslenkungselements wiedergibt, und in einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Mittel zum Messen der Auslenkung wenigstens einen Dehnungsmesser, welcher an dem Auslenkungselement zur Erzeugung eines elektrischen Signals angebracht ist, das das Auslenkungsausmaß des Auslenkungselements wiedergibt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens ein Satz erster und zweiter Dehnungsmesser an entgegengesetzten Seiten eines Auslenkungsbalkens zum Erzeugen erster und zweiter elektrischer Signale angebracht, die das Auslenkungsausmaß wiedergeben. Die ersten und zweiten elektrischen Signale sind vorzugsweise mit einem Differentialverstärker verbunden, welcher eine Ausgabe aufweist, die proportional zur Ist- Verlagerung der Abtasteinrichtung bezüglich des festgelegten Anbringungselements aus einer Position ist, in welcher der Auslenkungsbalken nicht ausgelenkt ist, oder aus einer Position, in welcher die Verlagerung der Probenstufe im wesentlichen null war, wobei das Auslenkungselement in geringem Ausmaß vorgespannt ist. Die Dehnungsmesser sind ferner vorzugsweise in einer temperaturkompensierenden Brückenkonfiguration verbunden. Es sind Mittel vorgesehen zum Bestimmen einer Ist-Verlagerung der Abtasteinrichtungs-Probenstufe in wenigstens einer Verlagerungsdimension, welche elektrisch mit dem Mittel zum Messen der Auslenkung beruhend auf dem ausgegebenen Auslenkungssignal verbunden sind, und zum Bestimmen einer Verlagerungskorrektur in wenigstens einer Dimension der Verlagerung durch Vergleichen der gewünschten Verlagerung mit der Ist-Verlagerung. In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt das System zum Linearisieren und Kalibrieren der Abtasteinrichtung Rückkopplungsregelungsmittel des Geschlossenschleifentyps zum Integrieren der Verlagerungskorrektur zum Vorsehen eines integrierten Verlagerungskorrektursignals und Mittel zum Modifizieren des Befehlssignals mit dem integrierten Verlagerungskorrektursignal, um die gewünschte Verlagerung des Abtastmittels zu erzeugen.
In einer momentan bevorzugten Ausführungsform beinhaltet das erfindungsgemäße Verfahren das Eingeben eines Signals in ein oder mehrere piezoelektrische Stellglieder, welches zum Treiben des Stellglieds zu einem gewünschten Ort bestimmt ist, wodurch die Probenstufe, welche an dem Stellglied angebracht ist, positioniert wird. Das Stellglied ist ferner mit einem Auslenkungselement, wie zum Beispiel einem Balken, verbunden, welcher ferner an einem Basiselement angebracht ist. Ein oder mehrere Dehnungsmesser sind an dem Auslenkungselement angebracht, um eine Ausgabe vorzusehen, die proportional zur Dehnung oder Spannung an der Oberfläche des Auslenkungselements ist und somit in Beziehung mit der Verlagerung des Auslenkungselements steht. Die Ausgabe des Dehnungsmessers oder der Dehnungsmesser kann als ein Rückkopplungssignal verwendet werden, um das Eingangssignal in den piezoelektrischen Stapel zu korrigieren, oder als eine direkte Auslesung der Verlagerung für eine oder mehrere Achsen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird mit der Meßsonde bezüglich der Probe abgetastet, welche ferner dazu in der Lage sein kann, abzutasten oder fest sein kann. Bei einer derartigen Ausführungsform ist das Auslenkungselement, wie zum Beispiel ein Balken oder ein elastisches Element oder Struktur, zwischen der Sonde und einer festgelegten Basis angebracht und ist mit einem oder mehreren Dehnungsmessern ausgestattet, um die Auslenkung des Auslenkungselements zu messen. Die Ausgabe der Dehnungsmesser kann dazu verwendet werden, die Position der Sonde zu messen und kann ferner als eine Eingabe zum Regeln der Bewegung der Sonde durch ein Rückkopplungsregelungssystem verwendet werden, welches die Sonden-Verlagerungsstellglieder antreibt.
Aus dem Vorangehenden erkennt man, daß die Ausführungsformen der Erfindung eine wesentliche Verbesserung des Vermögens vorsehen, die Position von Sonden bei Abtastsondensystemen zu messen, ohne im wesentlichen die Kosten oder Komplexität des Abtastsystems zu erhöhen.
Andere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen augenscheinlich, welche anhand von Beispielen die Merkmale der Erfindung darstellen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 ist eine Seitenaufrißansicht des Systems zum Linearisieren und Kalibrieren einer Abtasteinrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 2 ist eine Draufsicht des in Figur 1 gezeigten Systems, welches um 45º im Uhrzeigersinn gedreht ist,
Figur 3 ist eine Querschnittsansicht des Systems der Figur 1 entlang einer Linie 3-3 in Figur 1, welches um 45º im Uhrzeigersinn gedreht ist;
Figur 4 ist ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines Rückkopplungsregelungssystems des geschlossene Schleife-Typs der dargestellten Ausführungsform;
Figur 5 ist ein schematisches Diagramm einer Integral-Rückkopplungsschleife des Rückkopplungsregelungssystems des geschlossene Schleife-Typs der Figur 4;
Figur 6 ist eine Seitenaufrißansicht einer alternativen Ausgestaltungsform des Systems zum Linearisieren und Kalibrieren einer Abtasteinrichtung der Erfindung;
Figur 7 ist eine Draufsicht des in Figur 6 gezeigten Systems;
Figur 8 ist eine Querschnittsansicht des Systems der Figur 6 entlang der Linie 8-8 in Figur 6;
Figur 9 ist ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines Rückkopp- lungsregelungssystems des geschlossene Schleife-Typs der dargestellten Ausführungsform zur Verwendung bei einem Röhren-Abtaster; und
Figur 10 ist eine Aufrißansicht des Systems der Figuren 6 bis 8 mit einer einstellbaren Spannvorrichtung.
Figur 11 ist eine perspektivische Ansicht einer Anordnung, in welcher die Ausführungsform sowohl bei einem Abtaststufen- als auch einem Sondenbewegungsstellglied verwendet wird.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Wie in den Figuren gezeigt, welche zu Zwecken der Darstellung, nicht jedoch zur Beschränkung, beigelegt sind, ist die Erfindung bei einem System zum Linearisieren und Kalibrieren einer elektromechanischen Abtasteinrichtung verkörpert, wie sie zum Positionieren einer Abtaststufe, welche bei hochauflösenden Mikroskopen verwendet werden kann, wie zum Beispiel Abtastkraftmikroskopen oder Rastertunnelmikroskopen oder dergleichen, in bis zu drei Dimensionen zum Positionieren einer Probenstufe bezüglich einer Sensorsonde des Mikroskops geeignet ist. Derartige Mikroskope sind zweckdienlich zum Abbilden von Objekten, die so klein sind wie Atome, so daß es ein Erfordernis für eine stabile Translationspositionierungseinrichtung gibt, die in der Lage ist, ein Objekt mit einer äußerst hohen Auflösung in bis zu drei Dimensionen mit einem minimal linearen oder Rotationsfehler zu positionieren.
Mit Bezug auf die Figuren 1 bis 3 umfaßt bei einer bevorzugten Ausführungsform das Linearisierungs- und Kalibriersystem 10 für eine Abtasteinrichtung ein flaches, ebenes Basiselement 12, das einen Bodenabschnitt 11 mit Anbringungslöchern 13 zum Anbringen des Basiselements 13 an einer Plattform (nicht gezeigt) für die Abtasteinrichtung aufweist. Das Basiselement umfaßt festgelegte Wandungsplatten 14a, die sich orthogonal zum Bodenabschnitt des Basiselements erstrecken. Ein Schwenkabtastturm 16 mit einer Probenstufe 18 an einem Ende ist an dem Basiselement zur Schwenkbewegung bezüglich des Basiselements angebracht, vorzugsweise durch eine Gewindebolzenverbindung 20, welche sich durch einen Schwenkgrubenabschnitt 22 im Bodenabschnitt des Basiselements erstreckt. Die Abtaststufe kann magnetisches Material umfassen, um zu ermöglichen, daß eine Probe durch Adhäsion auf einer kleinen magnetischen Stahlplatte angebracht wird, welche somit magnetisch an der Oberseite der Stufe festgelegt werden kann, wodurch ein praktisches Austauschen von durch das Instrument zu untersuchenden Proben ermöglicht wird.
Eine Steuer/Regel-Einheit 24 ist elektrisch mit elektromechanischen Stellgliedern 26a, b, c zur Schwenktranslation der Probenstufe des Abtastturms in X- und Y-Richtung einer horizontalen Ebene, und um die Position der Probenstufe in einer Z-Richtung vertikal zu steuern, über Steuerleitungen 28 verbunden. Die Steuer/Regel-Einheit erzeugt vorzugsweise Befehlssignale zum Betreiben der elektromechanischen Stellglieder in allen drei Dimensionen für eine lineare oder eine zwei- oder dreidimensionale Translation der Probenstufe. Die elektromechanischen Stellglieder umfassen vorzugsweise piezoelektrische Keramikstellglieder, welche sich bei Zufuhr elektrischen Stroms ausdehnen, welche typischerweise aus piezoelektrischen Keramikmaterialien gebildet sind, die in Laminaten oder Stapeln miteinander verbunden worden sind. Die Stellglieder 26a und 26b sind vorzugsweise unter rechten Winkeln zueinander zwischen der festgelegten Anbringungswandungsplatte des Basiselements und dem Abtastturm angebracht und steuern die Schwenkbewegung, wie am besten in Figur 3 gezeigt, um die Translation der Probenstufe in den horizontalen, orthogonalen X- und Y-Richtungen zu steuern. Das Stellglied 26c ist vorzugsweise innerhalb des Schwenk- Abtastturms zwischen der Basis des Abtastturms und der Probenstufe angeordnet, um die Probenstufe vertikal in einer Z-Richtung orthogonal zur X- und Y-Richtung anzuheben.
Ein Paar von Auslenkelementen 30 ist vorzugsweise zwischen dem Abtastturm und der festgelegten Anbringungswandungsplatte oberhalb der elektromechanischen Steliglieder angebracht, so daß sie in Antwort und entsprechend der Verlagerung der Probenstufe des Abtastturms in der horizontalen X- und Y-Richtung der Verlagerung eine Auslenkung aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt jedes Auslenkungselement einen langgestreckten Balken, welcher zwischen der festgelegten Anbringungswandungsplatte und dem schwenkbaren Abtastturm angebracht ist, obgleich das Auslenkungselement alternativ andere auslenkbare Materialien und Konfigurationen, wie zum Beispiel eine elastische Struktur oder dergleichen, umfassen kann. Die Auslenkungselemente sind ferner vorzugsweise vorgespannt, so daß sie ein leichtes Ausmaß an Krümmung in einer Anfangsposition aufweisen, in welcher der Abtastturm und die Probenstufe im wesentlichen eine Null-Verschiebung durch die elektromechanischen Steliglieder aufweisen.
Wenigstens ein Dehnungsmesser 32 des im Stand der Technik bekannten Typs, wie zum Beispiel dünne Halbleiter- oder dünne Metallfilm-Dehnungsmesser, welche einen Widerstand aufweisen, der sich proportional zu ihrer Längenänderung ändert, ist an jedem der Auslenkungselemente angebracht, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, welches das Ausmaß der Auslenkung der Auslenkungselemente wiedergibt. Zwei Sätze von Dehnungsmessern sind vorzugsweise paarweise an gegenüberliegenden Seiten in jedem Auslenkungselement angebracht, um erste und zweite elektrische Ausgangsauslenkungssignale zu erzeugen, welche jeweils der X- und Y-Richtung entsprechen, und welche das Ausmaß der Auslenkung der Auslenkungselemente und somit das Ausmaß der Verlagerung der Probenstufe in der X- und der Y-Richtung anzeigen. Die Dehnungsmesser sind durch Leitungen 34 elektrisch mit der Steuer/Regel-Einheit zum Messen des Widerstands der Dehnungsmesser zum Bestimmen der Auslenkung der Auslenkungselemente verbunden. Die ausgegebenen elektrischen Auslenkungssignale von den Paaren von Dehnungsmessern werden vorzugsweise durch einen Differentialverstärker empfangen, welcher ein Differentialausgangsauslenkungssignal aufweist, das proportional zur tatsächlichen Verlagerung der Abtastprobenstufe bezüglich des festgelegten Anbringungselements aus einer Position ist, in welcher das Auslenkungselement nicht ausgelenkt ist, oder aus einer Position, in welcher die Verlagerung der Probenstufe im wesentlichen null ist, wobei das Auslenkungselement mit einem geringen Ausmaß an Krümmung vorgespannt ist. Da derartige Dehnungsmesser ferner sehr empfindlich für Temperaturänderungen sind, sind die Dehnungsmesser vorzugsweise ferner in einer temperaturkompensierenden Brückenkonfiguration verbunden. Alternativ wäre es ebenso möglich, ein Zwischen- Auslenkungselement mit daran angebrachten Dehnungsmessern zwischen jedem elektromechanischen Stellglied und dem Schwenk-Abtastturm anzubringen, da das Ausmaß der Verlagerung der Abtastprobenstufe mit dem Ausmaß der Auslenkung eines derartigen Zwischen-Auslenkungselements korreliert werden kann, vorausgesetzt, daß die Dehnungsmesser ausreichend empfindlich sind.
Die Steuer/Regel-Einheit umfaßt vorzugsweise eine Abtastgeneratorschaltung 35 zum Erzeugen eines Befehlssignals 36 zum Antreiben jedes elektromechanischen Stellglieds. Die Steuer/Regel-Einheit umfaßt ferner vorzugsweise Mittel zum Bestimmen einer Ist-Verlagerung der Abtastmittel- Probenstufe in wenigstens einer Verlagerungsdimension, wie zum Beispiel einen Ausgangsauslenkungssignallspannung-Wandler 37, der elektrisch mit den Dehnungsmessern zum Empfangen der elektrischen Ausgangsauslenkungssignale verbunden ist, um ein Positionskorrektursignal 38 auszugeben, das die Ist-Verlagerung der Abtastprobenstufe wiedergibt. Das Positionskorrektursignal kann direkt durch ein Speichermittel 39 zum Aufzeichnen der Ist(x,y)-Positionen der Abtastprobenstufe mit den Ausgaben des Mikroskopinstruments an diesen Positionen aufgenommen werden, um die Bilddaten durch Bildnachbehandlungskorrekturtechniken zu linearisieren oder die befohlenen Positionen anhand der aufgezeichneten Ist(x,y)-Positionen des Abtasters für zukünftige Abtastungen gemäß den herkömmlichen Techniken zu kalibrieren. In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform, welche in Figur 4 gezeigt ist, kann ein Differentialverstärker 40 elektrisch zum Empfang des Positionsbefehlssignals 36 und des Ist-Positionskorrektursignals 38 verbunden sein, um ein korrigiertes Befehlssignal an die elektromechanischen Stellglieder in einer geschlossenen Rückkopplungsschleifen-Konfiguration auszugeben.
Eine alternative Form einer geschlossenen Rückkopplungsschleifen-Konfiguration ist ebenso in Figur 5 dargestellt, in welcher die Ausgabe des Abtastgenerators 35 der Steuer/Regel-Einheit und die Ausgabe der Positionssensoren 44 an einer Summenverbindung 46 addiert werden, um ein Summensignal vorzusehen, das durch einen ersten Integrator 48 und einen Differentiator 50 empfangen wird. Die Ausgabe des ersten lntegrators 48 wird durch einen zweiten Integrator 52 an einer Summenverbindung 54 empfangen, welche ferner die Ausgabe von dem zweiten Integrator 52 und dem Differentiator 50 empfängt, um eine geschlossenschleifige Doppelintegrationsrückkopplung für das elektromechanische Stellglied 56 vorzusehen.
Eine alternative bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in den Figuren 6 bis 8 gezeigt, welche ein Linearisierungs- und Kalibriersystem 60 für einen Röhrenabtaster darstellen. Das System 60 umfaßt ein flaches, ebenes Basiselement 12 mit Anbringungslöchern 63 zum festen Anbringen des Basiselements an einer Plattform (nicht gezeigt) für die Abtasteinrichtung. Eine Abtast-x-y-Röhre oder ein Röhrenabtaster 64 umfaßt vorzugsweise vier vertikale, individuell betätigbare elektromechanische Segmente 66a, b, c, d, welche aus piezoelektrischem Material gebildet sind, und ist an seinem unteren Ende an der Basis festgelegt. Der Röhrenabtaster umfaßt eine Abtaststufe 68 am oberen Ende, welche horizontal in orthogonalen x- und y- Richtungen durch Kippen des Röhrenabtasters verlagert werden kann und vertikal in der z-Richtung orthogonal zu den x- und y-Richtungen durch gesteuerte Betätigung der einzelnen Segmente ausgedehnt werden kann. Die Probenstufe kann ein magnetisches Material umfassen, um zu ermöglichen, daß eine Probe durch Adhäsion an einer kleinen magnetischen Stahlplatte angebracht wird, welche dann wiederum magnetisch an der Oberseite der Stufe festgelegt werden kann, wodurch der einfache Austausch der durch das Instrument zu untersuchenden Proben ermöglicht wird.
Eine Steuer/Regel-Einheit 74 ist elektrisch mit den elektromechanischen Stellgliedsegmenten 66a, b, c, d über Steuerleitungen 76 verbunden zum Verschieben der Probenstufe des Abtastturms in der x- und y-Richtung einer horizontalen Ebene, und um vertikal die Position der Probenstufe in einer z- Richtung zu steuern. Die Steuer/Regel-Einheit erzeugt vorzugsweise Befehlssignale zum Betreiben der elektromechanischen Stellgliedsegmente zum Steuern/Regeln der Positionierung der Probenstufen in allen drei Richtungen für eine lineare oder zwei- oder dreidimensionale Translation der Probenstufe.
Ein rechtwinkliges Auslenkungselement 78 mit einem ersten langgestreckten aufrechten Abschnitt 79 und einem Querträgerabschnitt 80, der sich unter einem rechten Winkel zum aufrechten Abschnitt erstreckt, ist vorzugsweise an dem Basiselement am unteren Ende des aufrechten Abschnitts angebracht und ist an dem Röhrenabtaster am oberen Ende des Querträgerabschnitts angebracht. Das rechtwinklige Auslenkungselement ist vorzugsweise aus langgestrecktem auslenkbarem Kunststoff oder elastischem Material gebildet und weist orthogonale Flächen auf zum Anbringen wenigstens eines einzelnen Dehnungsmessers und vorzugsweise eines Dehnungsmesserpaars 82a, b an entgegengesetzten Seiten des Auslenkungselements, wie vorangehend beschrieben. Die Dehnungsmesserpaare sind vorzugsweise an den vier orthogonalen Flächen des aufrechten Abschnitts des Auslenkungselements zum Erfassen der Verlagerung der Abtasterprobenstufe horizontal in der x- und y-Richtung angebracht, und sind an oberen und unteren Flächen des oberen Querträgerelements angebracht zum Erfassen der Verlagerung der Probenstufe vertikal in der z-Richtung. Das rechtwinklige Auslenkungselement wird ferner vorzugsweise während der Anbringung an der Basis und dem Abtaster vorgespannt, so daß es ein geringes Ausmaß an Spannung in einer Anfangsstellung aufweist, in welcher der Abtastturm und die Probenstufe im wesentlichen eine Null-Verlagerung aufweisen. Es wird darauf hingewiesen, daß diese Anordnung des rechtwinkligen Auslenkungselements und der Dehnungsmesser ferner im Austausch mit dem Auslenkungselement und der Dehnungsmesserkonfiguration, welche in den Figuren 1 bis 3 gezeigt sind, zum Messen der Ist- Verlagerung der Schwenk-Abtasterprobenstufe verwendet werden kann. Ein optionales, einstellbares Vorspannmittel 85 kann ferner an dem Basiselement benachbart dem rechtwinkligen Auslenkungselement angebracht sein, wie in Figur 10 gezeigt, um die Vorspannung und Auslenkung des Auslenkungselements für kleinere Justierungen der Verlagerungsmessungen der Probenstufe einzustellen. Ein derartiges Vorspannmittel kann beispielsweise eine Flügelschraube 86 umfassen, die durch einen Träger 88 an dem Basiselement angebracht ist. Die Flügelschraube kann entweder direkt benachbart dem an diesem anstoßenden Auslenkungselement angebracht sein, oder kann zum Drücken gegen das Auslenkungselement über ein Zwischenelement betätigt werden. Ein derartiges Zwischenelement kann durch ein Federelement 90 an dem Träger oder der Basis angebracht sein, um einen begrenzten Bewegungsbereich des Zwischenelements vorzusehen, wobei ein verbindendes Antriebselement 92 mit dem Federelement verbunden ist und an dem Auslenkungselement anstößt.
Wie bereits vorangehend mit Bezug auf die Figuren 1 bis 3 angesprochen, sind bei der in den Figuren 6 bis 8 dargestellten Ausführungsform die Dehnungsmesser elektrisch durch Leitungen 84 mit der Steuer/Regel-Einheit zum Messen des Widerstands der Dehnungsmesser zum Bestimmen der Auslenkung der Auslenkungselemente verbunden. Die ausgegebenen elektrischen Auslenkungssignale von den Paaren von Dehnungsmessern werden vorzugsweise durch einen Differentialverstärker empfangen, welcher ein Differential(Differenz)ausgabe-Auslenkungssignal aufweist, das proportional zur Ist-Verlagerung der Abtaster-Probenstufe bezüglich des festgelegten Anbringungselements aus einer Position, in welcher das Auslenkungsmittel nicht ausgelenkt ist, oder aus einer Position, in welcher die Auslenkung der Probenstufe im wesentlichen null ist, ist, in welcher das Auslenkungselement mit einem geringen Ausmaß an Krümmung vorgespannt ist. Da derartige Dehnungsmesser ebenso sehr empfindlich für Temperaturänderungen sind, sind die Dehnungsmesser vorzugsweise in einer temperaturkompensierenden Brückenkonfiguration verbunden.
So wie bei der Ausführungsform der Figuren 1 bis 3 umfaßt bei der Ausgestaltungsform der Figuren 6 bis 8, wie in Figur 9 gezeigt, die Steuer/Regel- Einheit 74 vorzugsweise eine Abtastgeneratorschaltung 35 zum Erzeugen eines Befehlssignals 36 zum Treiben jedes elektromechanischen Segments des Röhrenabtasters. Die Steuer/Regel-Einheit umfaßt ferner vorzugsweise Mittel zum Bestimmen der Ist-Verlagerung der Röhrenabtaster-Probenstufe in wenigstens einer Verlagerungsdimension, wie zum Beispiel den Ausgangsauslenkungssignal/Spannung-Wandler 37, der elektrisch mit den Dehnungsmessern zum Empfangen der elektrischen Ausgangsauslenkungssignale verbunden ist, um ein Positionskorrektursignal 38 zu erzeugen, das die Ist-Verlagerung der Abtaster-Probenstufe wiedergibt. Das Positionskorrektursignal kann direkt durch ein Speichermittel 39 zum Aufzeichnen der lst(x,y)-Positionen der Abtaster-Probenstufe zusammen mit den Ausgaben des Mikroskopinstruments an diesen Positionen zum Linearisieren von Bilddaten durch Bildnachbehandlungs-Korrekturtechniken verbunden sein, oder zum Kalibrieren von befohlenen Positionen anhand der aufgezeichneten lst(x,y)-Positionen des Abtasters für zukünftige Abtastungen gemäß herkömmlichen Techniken, wie vorangehend beschrieben. Bei der bevorzugten, in Figur 9 dargestellten Ausführungsform kann, entsprechend der vorangehend beschriebenen Figur 4, ein Differentialverstärker 40 elektrisch zum Empfangen des Positionsbefehlssignals 36 und des Ist-Positionskorrektursignals 38 angeschlossen sein, um ein korrigiertes Befehlssignal zu den elektromechanischen Stellgliedern in einer geschlossenen Rückkopplungsschleifenkonfiguration auszugeben.
Eine alternative Form einer geschlossenen Rückkopplungsschleifenkonfiguration zur Verwendung mit dem Röhren-Abtaster der Figuren 6-8 ist mit Bezug auf die Figur 5 beschrieben und dargestellt.
Das beschriebene System zum Linearisieren und Kalibrieren eines Abtasters ist vorteilhaft, da es klein und relativ kostengünstig herzustellen sein kann und da es ferner möglich ist, eine verbesserte Probenstufenpositionierungs- und Abbildungsgenauigkeit von 1:100.000 zu erreichen, was eine Verbesserung von wenigstens einer Größenordnung hinsichtlich des Ausmaßes an Positionierungs- und Abbildungsgenauigkeit ist, das bisher mit herkömmlichen Linearisierungs- und Kalibriersystemen möglich war.
Während das System und das Verfahren der vorliegenden Erfindung in ihrer Anwendung zur Messung der Verlagerung eines Abtastelements beschrieben worden sind, das eine abzutastende Probe enthält, die durch eine feststehende Sonde abzutasten ist, ist es ebenso offensichtlich, daß die Erfindung zur Messung der Verlagerung einer bewegbaren Sonde verwendet werden kann. Bei einem Abtastinstrument, das eine derartige Sonde enthält, ist die Sonde analog zu der in den Figuren 1 bis 8 dargestellten Anordnung an einem bewegbaren Träger angebracht, wobei die Position der Abtast- Probenstufe 18 durch das Sondenanbringungsmittel genommen oder vorgesehen ist. Eine derartige Sondenabtasteinrichtung könnte entweder zum Abtasten einer Probenstufe, die in fester Beziehung an einem Basiselement angebracht ist, oder gegenüberliegend einer Abtaststufe des in den Figuren 1-8 gezeigten Typs angeordnet sein.
Insbesondere ermöglicht eine derartige Anordnung eine größere Flexibilität im Bereich und bei den Typen der Abtastung, welche erreicht werden können, und die Erfindung bietet besondere Vorteile bei einer derartigen Anordnung durch Vorsehen einer vergrößerten Meßgenauigkeit gegenüber anderen Verfahren, wodurch die Fehler minimiert werden, welche bei der Verwendung piezoelektrischer Stellglieder inhärent sind, wenn mehrere Sätze derartiger Stellgueder zum Erzeugen jeweiliger Verlagerungen zwischen Probe und Sonde verwendet werden. Die Figur 10 ist eine Darstellung einer perspektivischen Ansicht einer derartigen Anordnung, welche die piezoelektrischen Stapel und die Auslenkungselemente für die beiden gegenüberliegenden Stufen zeigt. Obgleich eine bestimmte Anordnung dargestellt worden ist, erkennt der Fachmann, daß andere Anordnungen von Stellgliedern und Auslenkungselementen, welche die Relativbewegung zwischen der Sonde und der Probe vorsehen, von der Erfindung umfaßt sind.
Wenn man sich der Figur 11 zuwendet, so ist dort die Probenstufe 18 an einem Abtastturm 1 6 angebracht, der schwenkbar an einer festen Basis 12 angebracht ist. Piezoelektrische Steliglieder 26 werden zum Bewegen der Probenstufe bezüglich der Basis verwendet. Auslenkungselemente 30, in diesem Falle Balken, sind zwischen der festen Basis und dem Abtastturm 16 angebracht und werden dadurch in Antwort auf die Bewegung des Turms und somit der Probenstufe ausgelenkt. Dehnungsmesser 32 sind an den Auslenkungselementen 30 angebracht, um eine Ausgabe vorzusehen, die die Verlagerung der Probenstufe 18 wiedergibt.
In gleicher Weise enthit die Sondenstufe 100 eine Sonde 102, die an einem Sondenhalter 104 angebracht ist, der in wenigstens einer Achse durch Stellglieder 106 angetrieben ist, die zwischen einer feststehenden Basis 108 und dem Sondenhalter 104 angebracht sind. In einer dem vorangehend beschriebenen Probenstufenstellglied- und Meßsystem entsprechenden Art und Weise sind die Auslenkungselemente 110 zwischen Basis 108 und Halter 104 angebracht und mit Dehnungsmessern 11 2 ausgestattet, um eine unabhängige Messung der Position des Sondenhalters 104 und somit der Sonde 102 vorzusehen.
Aus Gründen der Klarheit sind keine Stellgueder und Auslenkungselemente zum Betätigen des Sondenhalters 104 oder der Probenstufe 18 in Richtungen orthogonal zu der Ebene der dargestellten Stellglieder gezeigt. In der Praxis wäre vorgesehen, daß ein oder mehrere Stellglieder und Auslenkungselemente zwischen den Stufen und dem Sondenhalter angebracht sind, um die Vertikalbewegung zwischen der Sonde 102 und der Probenstufe 18 zu ermöglichen, um die für das Instrument erforderlichen Messungen durchzuführen.
Es sollte klar sein, daß es möglich wäre, Auslenkungselemente elektromechanischen Stellgliedern gegenüberliegend zur Messung der Verlagerung einer Probenstufe eines Schwenktyp-Abtasters anzuordnen. Es wäre ferner möglich, ein Blattfeder-Auslenkungselement an einer festen Anbringungsplatte anzubringen, wobei entgegengesetzte Dehnungsmesser angebracht sind, wobei das andere Ende der Blattfeder unter einem rechten Winkel an einem festen Zwischenverbindungselement angebracht ist, das an dem Schwenkturm angebracht ist, entweder für eine Schwenk-Abtaster- oder Röhren-Abtaster-Ausführungsform. Es könnte ferner ein aufrechtes Auslenkungselement mit daran angebrachten entgegengesetzten Dehnungsmessern mit einem Schwenk-Abtaster oder einem Röhren-Abtaster verbunden werden, um die Verlagerung einer Probenstufe zu messen. Es wäre ferner möglich, Dehnungsmesser an den elektromechanischen Steligliedern des Schwenk-Abtasters oder der elektromechanischen Segmente des Röhren-Abtasters oder an anderen Typen von Auslenkungselementen anzubringen, die an oder benachbart der Abtasteinrichtung angebracht sind, bei Konfigurationen, welche den vorangehend beschriebenen entsprechen, um die Verlagerung der Abtaster-Probenstufe in drei Dimensionen zu erfassen.
Es ist aus dem Vorangehenden augenscheinlich, daß, obgleich bestimmte Formen der Erfindung dargestellt und beschrieben worden sind, verschiedene Modifikationen durchgeführt werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Es ist daher nicht vorgesehen, daß die Erfindung, außer durch die beiliegenden Ansprüche, beschränkt ist.

Claims

1. Linearisierungs- und Kalibriersystem für eine elektromechanische Abtasteinrichtung, umfassend: ein festgelegtes Anbringungsmittel (12, 62), ein Abtastmittel (16, 18, 64, 68), welches zur Verlagerung in wenigstens einer Dimension bezüglich des festgelegten Anbringungsmittels (12, 62) angebracht ist, ein Steuer/Regel-Mittel (24, 35; 74) zum Erzeugen eines Befehlsignals (36) für eine gewünschte Verlagerung des Abtastmittels (16, 18, 64, 68) und ein elektromechanisches Stellgliedmittel (26a,b,c; 56, 64), welches elektrisch mit dem Steuer/Regel-Mittel (24) verbunden ist und an dem festgelegten Anbringungsmittel (12, 62) zum Verlagern des Abtastmittels (16, 18, 64, 68) in der wenigstens einen Dimension der Verlagerung bezüglich des festgelegten Anbringungsmittels (1 2, 62) in Antwort auf das Befehisignal (36) angebracht ist, gekennzeichnet durch

ein Auslenkungsmittel (30, 78), welches zwischen dem Abtastmittel und dem festgelegten Anbringungsmittel (12, 62) angebracht ist und dazu ausgebildet ist, in Antwort auf eine Verlagerung des Abtastmittels (16, 18, 64, 68) ausgelenkt zu werden, ein Mittel (32, 44; 82a,b), welches an dem Auslenkungsmittel (30, 78) zur Messung der Auslenkung des Auslenkungsmittels (30, 78) und zur Erzeugung eines Auslenkungsausgangssignals (34) angebracht ist, welches ein Auslenkungsausmaß des Auslenkungsmittels (30, 78) anzeigt, und ein Mittel (24, 37, 38, 39, 40) zum Bestimmen einer tatsächlichen Verlagerung des Abtastmittels in wenigstens einer Verlagerungsdimension beruhend auf dem ausgegebenen Auslenkungssignal (34).

2. System nach Anspruch 1, worin das festgelegte Anbringungsmittel eine festgelegte Anbringungsplatte (14 a,b) umfaßt, welche fest an einem Basiselement (12, 62) angebracht ist.

3. System nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin das Abtastmittel (16, 18, 64, 68) ein piezoelektrisches Röhren-Abtastelement (64) umfaßt, welches an dem festgelegten Anbringungsmittel (12, 62) zur Verlagerung eines an dem Röhren-Abtastelements (64) angebrachten Abtaststufenabschnitts (68) bezüglich des festgelegten Anbringungsmittels (12, 62) in der wenigstens einen Verlagerungsdimension angebracht ist.

4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Mittel zum Messer ier Auslenkung wenigstens einen Dehnungsmesser (82 a, b) umfaßt, der an dem Auslenkungsmittel (78, 80, 81) zum Erzeugen eines elektrischen Signals angebracht ist, das die Auslenkung des Auslenkungsmittels (78, 80, 81) anzeigt.

5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Mittel zum Messen (32, 44; 82 a,b) der Auslenkung wenigstens einen Satz erster und zweiter Dehnungsmesser (82 a,b) umfaßt, die an entgegengesetzten Seiten des Auslenkungsmittels (78, 80, 81) zur Erzeugung erster und zweiter elektrischer Signale angebracht sind, welche das Auslenkungsausmaß wiedergeben, und worin die ersten und zweiten elektrischen Signale mit einem Differentialverstärker (40) verbunden sind, welcher eine zur tatsächlichen Verlagerung des Abtastmittels (16, 18, 64, 68) bezüglich des festgelegten Anbringungsmittels (12, 62) von einer Anfangsposition aus proportionale Ausgabe aufweist.

6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Mittel zum Messen (32, 44; 82 a,b) der Auslenkung einen Satz erster und zweiter Dehnungsmesser (82 a,b) umfaßt, die an entgegengesetzten Seiten des Auslenkungsmittels zum Erzeugen erster und zweiter elektrischer Signale angebracht sind, welche das Auslenkungsausmaß wiedergeben, und worin die ersten und zweiten elektrischen Signale mit einem Differentialverstärker verbunden sind, welcher eine zur tatsächlichen Verlagerung des Abtastmittels (16, 18, 64, 68) bezüglich des festgelegten Anbringungsmittels (12, 62) von einer Position, in welcher die Verlagerung des Abtastmittels (16, 18, 64, 68) im wesentlichen Null ist, proportionale Ausgabe aufweist.

7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Rückkopplungsregelungsmittel (48, 50, 52, 54) mit geschlossener Schleife zum Integrieren der Verlagerungskorrektur zum Vorsehen eines integrierten Verlagerungskorrektursignals und ein Mittel (44, 46) zum Modifizieren des Befehlssignals mit dem integrierten Verlagerungskorrektursignal, um die gewünschte Verlagerung des Abtastmittels (16, 18, 64, 68) zu erzeugen.

8. System nach einem der Ansprüche 4, 5 oder 6, umfassend: ein elektronisches System (37) zum Messen der Ausgabe des Dehnungsmessers (32, 44; 82 a, b) und ein elektronisches System (40) zum Vergleichen der Ausgabe des Dehnungsmessers mit einer vorbestimmten Beziehung zwischen der Dehnungsmesserausgabe und der Abtastelementverlagerung.

9. System nach Anspruch 8, welches umfaßt: eine Mehrzahl von piezoelektrischen Stellgliedern (26 a,b,c; 56, 64), elastische Elemente (30, 78) und Dehnungsmesser (32, 44; 82 a,b) zum Vorsehen einer Bewegung und Messung derartiger Abtastmittel (16, 18, 64, 68) in wenigstens zwei Dimensionen.

10. Verfahren zum Bestimmen der Verlagerung eines Abtastmittels (16, 18, 64, 68) bezüglich eines Basiselements (12, 62) in einer Abtasteinrichtung, umfassend: das Eingeben eines Signals, welches eine gewünschte Verlagerung wiedergibt, in ein piezoelektrisches Stellglied (26 a,b,c; 56, 64), das mit dem Abtastmittel (16, 18, 64, 68) verbunden ist, gekennzeichnet durch

das Messen der Ausgabe eines Dehnungsmessers (32, 44; 82 a,b), der an einem elastischen Element (30, 78) angebracht ist, das zwischen dem Abtastmittel (16, 18, 64, 68) und dem Basiselement (12, 62) angeordnet ist, und

das Korrigieren des Eingangssignals beruhend auf der Differenz zwischen der Ausgabe des Dehnungsmessers (32, 44; 82 a,b) und einer vorbestimmten Beziehung zwischen der Dehnungsmesserausgabe und der Verlagerung des Abtastelements (16, 18, 64, 68).

11. Verfahren nach Anspruch 10, welches ferner die Schritte umfaßt: Wiederholen des Verfahrens gemäß Anspruch 10 für wenigstens eine zusätzliche Verlagerungsachse und das Erhalten von Ausgaben von den Dehnungsmessern (32, 44; 82 a,b), welche die Verlagerung des Abtastmittels (16, 18, 64, 68) wiedergeben.