Конструкция и Характеризация Механизмов Точности Нанометра - Данных По Поставщика Аппаратурами Queensgate

AZoNano - Нанотехнология - Логос аппаратур Queensgate

Покрытые Темы

Конспект

Введение

Принципы Конструирования Механизмов Точности Нанометра (NanoMechanisms)

Механизмы

Датчик Положения Емкости

Регулятор

Идеи Проекта и Рассмотрение

Система Координат

Располагать Точность: Принципиальная Схема Trueness

Разрешение и Шум

Линеарности и Отображать

Паразитные Движения и Ошибки

Характеристики Динамической Чувствительности

Материалы

Некоторые Примеры Приборов NanoMechanism

NPS-Z-15A/B

NPS-XY-100A

Заключения

Подтверждения

Справка

Конспект

Для того чтобы соотвествовать ультра-точности располагая и просматривая, серия точности располагая механизмы была начата недавно на Аппаратурах Queensgate, которая совмещает Queensgate пьезоэлектрическое и технологию NanoSensor в позиционеры multi-оси которые имеют способность расположить с sub-nanometric точностью. В этой бумаге принципы конструирования и некоторые из технологий используемых в развитии этих механизмов введены и обсужены для того чтобы объяснить как метрологической возможности на нанометре или даже sub-нанометре ровных можно достигнуть. Продемонстрированы Некоторые начальные результаты включенны, в которых ставит с ошибкой линеарностей 0.01%, гистерезисом sub-нанометра, очень низкими угловыми паразитными движениями и хорошей динамической характеристикой, Etc.

Введение

В недавних летах, как резыльтат быстрых развитий в различных полях инженерства точности, там имеют после того как им было большое увеличение в потребности для систем точности располагая и просматривая способных нанометра или, иногда, даже разрешения sub-нанометра и повторимости. Предположена Эта тенденция вырасти, требующ, что новых идей проекта и методы для исследования более романных приборов соотвествовали различных применений. Например, steppers вафли делают силиконовые чипы с линией ширинами вниз до 200 nm; Просматривая Микроскопы Зонда использованы для того чтобы установить как хороше такие обломоки сделаны; и введение Г-НА технологии головки позволяет дискам 5 Гигабайтов стать нормой. Эти машины, и машины которые делают эти машины, зернокомбайн выдвинули оптически конструкцию с предварительной технологией управлением движения, которая может расположить компоненты к точности нанометра или улучшать.

Для того чтобы соотвествовать этих развитий, Аппаратуры Queensgate начинают ультра-точность располагая технологию которая совмещает Queensgate пьезоэлектрическое и технологию NanoSensor в позиционеры multi-оси с способностью расположить с sub-nanometeric точностью. Эта система составлена вызванной серии этапов, NanoMechanisms, включая одиночные этапы оси, x-y этапы и опрокидывающ этапы Etc. Сочетание из эти этапы могут обеспечить 3, 4, 5 или 6 степени свободы располагая блоки.

Принципы Конструирования Механизмов Точности Нанометра (NanoMechanisms)

Механизмы

Пьезоэлектрические приборы имеют потенциал двинуть этапы при разрешение и жесткость необходимы для располагать точности нанометра. Однако, потому что пьезоэлектрические приборы нелинейны и показывают гистерезис, необходим, что контролирует внешний датчик их положение. Микрометр емкости идеально одет к этой задаче, был мал и прост с внутреннеприсущей возможностью разрешения которая эффектно инфинитна. Для того чтобы достигнуть чисто одиночного движения оси, использован механизм сгибания направляя, который снабжает ограничения к сколько угодно с движений оси и совмещает piezo привод и датчик совместно для того чтобы сформировать объединенную систему этапа. Сгибания нормально монолитово отрезаны в этапы используя EDM подвергая механической обработке, которое дает очень высокую точность в представлении.

Диаграмма 1 типичная блок-схема управлением короткозамкнутого витка этого вида системы. В диаграмме, движение измеренное датчиком подано назад к регулятору, который двигает этап для того чтобы уменьшить разницу между воспринятым движением и командой. В этот случай, располагая точность в петле метрологии главным образом определена возможностями датчика и регулятора.

AZoNano - Нанотехнология - Блок-схема одиночной системы управления оси NanoMechanism.

Диаграмма 1. Блок-схема одиночной системы управления оси NanoMechanism.

Датчик Положения Емкости

NanoSensor прибор сильно линейной емкости воспринимая с ошибками линеарностей < 0.02% над своим определенным рабочим диапазоном (нормально между 100 µm ~ 500). Работать над ошибками уменьшенными линеарности ряда под 0,01% возможен. NanoSensor имеет позиционноцикловой уровень шума в нормальной деятельности < 0,005 nm. Hz (RMS) и можно изготовить от очень стабилизированных материалов как Супер Инвар или Zerodur. Он внеконтактн и свободен от гистерезиса. Он также имеет преимущества быть очень компактн, прост, дешев, и без диссипации силы с точки зрения измерения. Таким Образом это колоец - одетый к точному измерению весьма малых смещений.

Регулятор

Конструируя систему с 0,1 разрешением nm и µm 100 заколебайтесь способность достигнуть что ряд цифрово под управлением компьютера нормально весьма трудн, в виду того что динамический диапазон 1 части в миллион, или 20 битов. Для того чтобы адресовать эту проблему Queensgate развейте систему управления Обработчика Цифрового (DSP) Сигнала основанную, которая имеет внутреннеприсущее разрешение больше чем 21 бита, и addressable цифрово. Оно должен быть замечен что это далеко превышает разрешение большинств конвертеров A/D и D/A доступных в настоящее время и под уровнями шума в большинств применениях. Предварительные цифровые алгоритмы управления PID были использованы в системе. Блок-схема регулятора короткозамкнутого витка показана в Диаграмме 2. Реакция системы может быть улучшена путем вводить пропорциональные и дифференциальные термины. Обратная связь Скорости (дифференциальная термина) может значительно помочь в амортизировать вне механически резонансы, уменьшая устанавливая времена. Работая ширина полосы частот может быть проконтролирована компьютером и параметры петли были определены пользователем для оптимизирования представления.

AZoNano - Нанотехнология - Блок-схема управления короткозамкнутого витка PID.

Диаграмма 2. Блок-схема управления короткозамкнутого витка PID.

Используя такой регулятор возможно измерить нелинейность и к возмещать потерю она. Furthermore как только были охарактеризованы паразитные угловые движения в таких механизмах возможно возмещало потерю они в сложной системе multi-оси. Ошибки линеарностей можно полно компенсировать < 0.02%. Под тем измерения нормально ограничены внутреннеприсущими линеарностями систем тарировки.

Польза этого компенсируя метода очень важна для того чтобы достигнуть метрологической возможности на уровне нанометра. Она очевидна что внутри контур управления датчик совершенно не линейный, поэтому линеарности системы могут более в дальнейшем быть улучшены компенсацией ПО. Идеально, механизм должен показать чисто ортогональные движения - т.е., x-y прибор должен только иметь степени свободы вдоль x и Y-osей. В реальности, там существуют бесконтрольные (паразитные) движения возникая от искажения должного к внутренним силам и изготовляя ограничениям. Ошибки от этих паразитных движений были уменьшены путем оптимизировать механически конструкцию и могут быть уменьшены более далее методом компенсации. Заметьте что паразитные ошибки можно только компенсировать если они прогнозированы, то т.е. паразитные движения должны быть не только измеряемый но также repeatable.

Идеи Проекта и Рассмотрение

Система Координат

Во Первых необходимо определить координирует использовано для того чтобы описать положения. Очевидная система, котор нужно использовать для располагать этапы ортогональные Декартовые Система координат. С это одним может определить положение с своим X, Y, Z координирует и произвольное вращение как компоненты вращения о осях X, Y и Z, как показано в Диаграмме 3. Полезно одно может описать движение как изменение в X, Y и Z координирует. Вращения описаны по отношению к осям X, Y и Z в правша чувстве. Термины сооружают, свертывают и рыскание часто использовано говоря о вращениях. Эти термины полезны описывая паразитные вращения причиненные линейным движением, но большая забота необходимо позаботиться по мере того как они сосланы к направлению движения вернее чем определенная система оси. Для аэроплана в полете, вращение о оси нарисованной от подсказки крыла к подсказке крыла тангаж; вращение о оси нарисованной вниз с длины фюзеляжа крен и вращение о вертикальной оси рыскание. В определенной Декартовой системе если «плоскость» летает вдоль положительного θ направления X тангаж, то, γ крен и φ рыскание.

AZoNano - Нанотехнология - Система координат.

Диаграмма 3. Система координат.

Располагать Точность: Принципиальная Схема Trueness

Для того чтобы двинуть этап, команда положения послана к регулятору компьютером. Движение произведено piezo приводом и проконтролировано датчиком. Используя сигнал обратной связи, регулятор двигает этап для того чтобы уменьшить разницу между воспринятым движением и командой. Как мало разница может быть главным образом определяет контролируя способностью системы и смогите быть интерпретировано как как точно этап можно расположить. Он очевиден что располагая точность главным образом будет повлияна на разрешением (уровнем шума), воспроизводимостью (смещение и гистерезис) и отображать ошибку (высокую ошибку заказа отображать) системы. Сверх Того, если движение этапа измерено с внешним измеряющим прибором, то который приняты, что будет совершенной системой, будет разница между управляемым положением и пожеланным положением: как близко они определяет как располагать trueness. Поэтому, окончательная располагая точность должна быть определена как располагая точностью, так и располагая trueness, как показано в Диаграмме 4. Как эти общаны с в конструкцией NanoMechanisn обсудит в следующих разделах.

AZoNano - Нанотехнология - точность Измерения.

Диаграмма 4. Точность Измерения.

Разрешение и Шум

Разрешение измерения или располагать сразу отнесено к уровню шума системы. Размах уровень шума легко не измерен или не интерпретирован, в виду того что с любым распределением шума вы можете получить большое отступление если вы ждете длиной достаточно. Поэтому значение rms нормально использовано которое можно измерить с стандартным оборудованием. Распределение амплитуд шума важно смотря разрешение. Обычно Гауссовый шум преобладает и в этот случай rms соответствующ к стандартному отступлению, сигме. 68.3% из принятых образцов находится не познее одна сигма среднего значения. То значит что шанс 68.3% разрешать 2 характеристики которая расстояние сигмы 2 шума врозь, как показано в диаграмме 5, (или шансе 99.7% из разрешать 2 характеристики которая 6 сигм врозь).

AZoNano - Нанотехнология - Разрешать 2 положения

Диаграмма 5. Разрешая 2 положения.

Спектр силы шума самая важная информация. Он может показать вверх основные источники шума - как основы выберите вверх, который локализован на 50 или 60 Hz. Диаграмма 6 демонстрирует измерение спектра силы шума регулятора NPS3000 основанного DSP. Это показывает уровень шума < 10 pm. Hz. В испытании, регулятор NPS3000 использован для того чтобы контролировать одиночный этап оси, (NPS-Z-15B), в режиме короткозамкнутого витка с шириной полосы частот этапа работая 100 Hz. Прокладывать курс сигналы шума от напряжения тока привода HV прикладного к piezo приводу. Основы 50 Hz выбирают вверх можно увидеть ясно хотя на очень низкоуровневом.

AZoNano - Нанотехнология - Зашумите спектр регулятора NPS3000

Диаграмма 6. спектр Шума регулятора NPS3000.

Шум в системе NanoMechanism, вообще, составлен шума датчика, piezo шума привода, механически шума и акустического шума. Шум Датчика будет интерпретирован контуром управления по мере того как команда и таким образом будет шумом фактического перемещения. Сигнал обратной связи от датчика использован для того чтобы произвести напряжение тока привода для того чтобы быть прикладной к piezo приводам. Piezo шум напряжения тока привода будет введен в этом процессе и внести вклад в этап располагая шум. Влияние этого шума может быть обнаружено датчиком и, поэтому, хотя бы частично servoed вне. Способность системы к сервоприводу вне быть в зависимости от шума привода установленная ширина полосы частот: высоко ширина полосы частот более лучше вклад servoed вне. Внешние механически входные сигналы как земная вибрация и акустический шум также причинят этап двинуть. Влияния этих входных сигналов могут быть уменьшены путем увеличивать жесткость этапа. Он можно также servoed вне если ширина полосы частот системы достаточно высока. Для системы управления NPS3000 ширину полосы частот измерения можно настроить к 12 КГц и ширине полосы частот короткозамкнутого витка 2 КГц которая нормально преобладана характеристиками динамической чувствительности механизмов этапа.

Линеарности и Отображать

В идеально мире, этап должен быть совершенно линейным. Мир почти идеально но не довольно. На практике линеарности датчика емкости может быть повлияно на много факторов как толщина номинального зазора (или емкости помех) и non-параллельность поверхностей электрода, etc [1]. Для того чтобы знать чего фактические движение или положение этапа и таким образом приложить компенсацию линеарностей, система должна быть откалибрирована против внешнего измеряющего прибора с высокой точностью. Положение команды, xc, который представляет положение измерило внутренним датчиком и действительным местом, xp, можно, до известной степени, отнести при отображая функция выраженная как xp = f (xc). Простая форма отображая функции серия силы

(1)

Идеально a0, a2, a3,4… было бы zero и всеединства a1; после этого коэффициент эффекта масштаба датчика, a1, линейный фактор описывая отношение между фактическим положением этапа как измерено постулативно совершенным точным датчиком положения и измерением положения поданными назад к компьютеру пользователя. Отображая trueness охарактеризован комплектом ошибок на коэффициентах индивидуала «a». Когда отображая функция первый заказ (прямая линия), отображая ошибка будет неопределенностью коэффициента эффекта масштаба. Остаток между действительным местом и линией наиболее пригодный прямой для измерения дает ошибку линеарностей (нормально мы определяем ошибку линеарностей как выбор ½ для того чтобы выбрать остаток от линейного наиболее пригодный). Как пример, ошибка линеарностей 0.05% в приборе ряда 100 µm приводит к в неопределенности положения 50 nm абсолютной между 0 положениями µm и положением 100 µm когда линейное приближение сделано, как показано в Диаграмме 7 (a). Обычно для NanoSensors отступление от линеарностей грубо параболистическо и в некоторых системах это легко возмещать потерю электронно без включать DSP. Результат компенсировать одно, немножко неидеальный, парабола с другими обычно кривый S гораздо низкее амплитуды поэтому отображая ошибка гораздо низкее, как показано в Диаграмме 7 (b). Это соответствующе к использованию a1 и2 термины уровнения 1. Если одно было использовать термины высшийо порядок, то результат даже лучше смог быть достиган. Это можно сделать легко в основанных микропроцессором системах датчика или внешне в компьютере пользователя. Было найдено что немногая, котор нужно приобрести в идти более высоко чем в-четвертых приказывают, видит Диаграмму 7 (c).

AZoNano - Нанотехнология - Отображать ошибку и линеарности

(a)

AZoNano - Нанотехнология - Отображать ошибку и линеарности

(b)

AZoNano - Нанотехнология - Отображать ошибку и линеарности

(c)

Диаграмма 7. Отображая ошибка и линеарность.

Паразитные Движения и Ошибки

Паразитные движения в этапах можно определить как то угловое: вращение о осях x, y и z; или линейно: из плоских движения, non-ортогональности и помехи; и введет непредвиденные располагая ошибки. Паразитные движения причиненные искажениями тела этапа могут быть уменьшены тщательным оптимизированием параметра конструкции и структуры. В ограниченных осях жесткость должна быть конструирована для того чтобы быть как можно высока, и как можно низко в оси движения. Это достигано в NanoMechanisms правильно аранжировать картину сгибания и выбирать параметры сгибания тщательно. Однако, конструкция сгибания иногда ограничена частотой системы резонирующей которая, из-за соединения режима, требует, что жесткость в всех направлениях будет высока. Анализ Небесконечного элемента FEA можно использовать для того чтобы предсказать что местные и глобальные искажения и следовательно структуру можно правильно оптимизировать для того чтобы decouple усилия или сделать неизбежные искажения отмените один другого. Если эти паразитные движения прогнозированы после этого, то их можно компенсировать. Заметьте что эти движения функция положения этапа, но обязательно не линейный, водящ к сложной топографии. Любой гистерезис в движении делает прогноз очень трудной - если не невозможно. Для этой причины, изменения усилия в системе должны быть сильно линейными и repeatable. Трение всегда источник гистерезиса, должный к изменяя направлению усилия.

Когда образцы установлены дальше к NanoMechanism, ошибки Abbe должны быть рассмотрены тщательно должным к паразитным угловым движениям. Малые угловые ошибки могут иметь большой аффект на уровне нанометра: например, наклон как раз 1 µrad с смещением 1 mm дает 1 ошибку положения nm. Для уменьшения этого влияния, образцы должны быть расположены как можно ближе к измеряя осям датчиков. Например, в системе NanoMechanism x-y-z трехосной держатель образца расположен на этап который сопадающий с осями датчика измеряя, как показано в Диаграмме 8. Влияния ошибок вращения x-y этапа можно таким образом уменьшить.

AZoNano - Нанотехнология - 3D NanoMechanism.

Диаграмма 8. 3D Nanomechanism.

Линейные паразитные движения как non-ортогональность или помеха главным образом повлияны на путем изготовляя допуски и искажения рамки этапа если рамка использована как материал датчики'. Оси 2 пар датчиков в x-y этапе должны быть очень ортогональны к одину другого и сопадающи к moving осям платформы. Используя самомоднейшую технологию изготавливания отступление от ортогональности осей датчика можно вообще контролировать не познее 0,5 mrd который дает ошибку ортогональности 0,5 nm/µm (т.е. 0.05%) в плоскости x-y.

кинематической установкой, справка положения будет traceable и искажения от теплового расширения и движущей силы можно decoupled. Это важно для этапа для того чтобы иметь метрологическую возможность на уровне нанометра. Даже для Супер этапа Инвара размера 100 x 100 mm, изменениеo температуры 1C причинит 30 изменение nm в размере ( = /Co). Гнуть рамки этапа причиненный движущей силой типично в границах 10 к сотниам nm [2]. Без кинематической установки неопределенность положения около тех таких же величин могла быть введена в систему.

Характеристики Динамической Чувствительности

Кроме метрологии и точности движения, динамическое представление системы также важно потому что стабилность и скорость критические к много применений. Идеально было бы никакое запаздывание участка между командой и положением, и механизм ответил бы совершенно к входному сигналу шага - никакому времени восхода, над всходом, или времени скамьи.

Для линейного, втор-заказ, амортизировать-свободная механически система, резонирующая частота определен жесткостью системы и MASS. В оптимально конструированном механизме, жесткость обычно преобладана жесткостью piezo стогов в своей оси перевода. Для этапа с амплификацией движения, эффективная жесткость piezo привода будет уменьшена как ke = k/Gp2, где kp жесткость piezo и G амплификация. Уменьшение массы может увеличить частоту системы резонирующую. Однако, по мере того как масса платформы уменьшает представление этапа будет более чувствительным к влиянию массы нагрузки, т.е. резонирующая частота упадет вниз быстро по мере того как масса образца увеличивает. Динамические свойства системы можно также улучшить через другие подходы как вводить правильный демпфирующий материал или использование предварительных методов servocontrol. В измерительном оборудовании, конструктивные требования часто используют определенный критерий устанавливая времени, по мере того как время необходимы, что для системы установили в пределах некоторого процента входного сигнала. Для NanoMechanisms, как другие аппаратуры, устанавливая время более сразу описание динамического представления чем резонирующая частота. Для piezo управляемого NanoMechanism, устанавливая время состоит из времени slewing и времени принятых для резонирующих колебаний для того чтобы распасться. Бывшее преобладано тарифом ряда который определен емкостью piezo стогов и настоящей возможностью привода электроники привода. Для систем второго заказа требование типично определяет максимальную задержку прежде чем выход достигает не познее 2% из своего окончательного значения после изменения входного сигнала шага, которое принимает продолжительность приблизительно 4 констант времени (4τ=4/ξω),n где τ константа времени, декремент амплитуды ξ и частота ωn резонирующая [3]. От этого его можно увидеть что реакция системы может быть улучшена путем увеличивать и резонирующую частоту и декремент амплитуды. Нормально, этапы шарнира сгибания сильно резонирующи с очень низкими декрементами амплитуды. Поэтому, экстренный амортизировать будет очень полезн и может эффектно уменьшить время разложения, но только если его можно ввести без трения, то в виду того что это может причинить гистерезис. Если это сделано внутри алгоритм управления, то никакое трение не будет введено.

Материалы

Термальные свойства конструкционных материалов часто главная забота и для конструкции и польза аппаратур точности. В нормальной пользе, все механические приспособления сталкиваются количества введенного тепла причиненные относящим к окружающей среде изменением температуры, диссипацией силы в приводах, оператором регулируя и так далее. Прямой эффект термальной помехи тепловое расширение которое причинит изменение размера механически компонентов, приводящ к в потере точности аппаратуры. Габаритное изменение материала должного к изменению в температуре охарактеризовано своим Коэффициентом Теплового Расширения (CTE), которое меняет большуще с различными материалами. Вообще, уменьшить термальное влияние, конструкционные материалы с минимальным коэффициентом теплового расширения должны быть использованы. Однако в некоторое покрывает низкое термальное expansivity как не полезн как близкая спичка expansivity между прибором и своей установкой. Сверх Того, коррекции, котор нужно справиться с тепловым расширением возможны через методы управления: температуру можно измерить и использовать для того чтобы обеспечить коррекцию. Другая проблема термальные градиенты. Они причиняют искажение структуры, для которого компенсация не возможна. Для того чтобы во избежание влияния термальных градиентов, материалы можно выбрать или с низкой термальной проводимостью, как Супер Инвар и Zerodur, или с высокой проводимостью, как Алюминий, куда система достигает термальное уравновешение быстро. Уменьшить влияния среды много приборов точности нарочито конструированы для того чтобы быть малы.

Также механически свойства материалов должны быть осторожным быть рассмотрены. Например, коэффициент прочности и Young модуля, /E, пределов максимальный ряд который может быть достиган механизмами сгибания. Однако, низкий Young модуль не может мочь обеспечить достаточную жесткость для NanoMechanism или своей рамки, которая иногда использована как метрологическое материал. Более Потом, местная жесткость контакта между механизмом и своими приводами имеет прямой эффект на резонирующей частоте механически системы - резонирующая частота может упасть вниз из-за недостаточной жесткости контакта. Также масса материала может внести изменения большой к динамическим свойствам NanoMechanisms. Например коэффициент плотности Супер Инвара и алюминиевых сплавов около 3, поэтому резонирующая частота алюминиевой системы может быть временами √3 более высоко чем та из Супер системы Инвара если жесткость систем это же.

Некоторые Примеры Приборов NanoMechanism

NPS-Z-15A/B

Это этап линейного движения одиночн-оси который конструирован для того чтобы произвести чисто движение вдоль оси z. Этап имеет ряд короткозамкнутого витка µm 15 и типичную линеарность < 0.06% (на безвозмездной основе) с разрешением sub-нанометра. После компенсации нелинейность типично падает вниз до < 0.02%. Компактный механизм сгибания конструирован в этап для того чтобы decouple паразитное с движений оси и подсказк-наклона от piezo стогов. Опрокидывая ошибки измерены для того чтобы быть чем 1 µrad над всем рядом, (без механизма сгибания опрокидывая ошибки нормально над µrad 15). Низкий гистерезис другая важная характеристика для этапа для того чтобы достигнуть возможности нанометра метрологической. Диаграмма 9 типичный результат измерения статического представления от этапа NPS-Z-15B, который демонстрирует ошибку линеарностей 0,01% и гистерезис sub-нанометра. Большая Часть из спецификаций была откалибрирована используя интерферометр 1000 Zygo ZMI. Однако измерение гистерезиса sub-нанометра будет трудным используя интерферометр - поэтому для тех измерений было использовано Queensgate NanoSensor. Резонирующая частота этапа 2 КГц который дает хорошую динамическую характеристику для большинств применений при использовании с регулятором NPS3000. Реакция шага показана в Диаграмме 10.

AZoNano - Нанотехнология - Линеарности и гистерезис NPS-Z-15B.

Диаграмма 9. Линеарность и гистерезис NPS-Z-15B.

AZoNano - Нанотехнология - реакция Шага NPS-Z-15B

Диаграмма 10. реакция Шага NPS-Z-15B.

NPS-XY-100A

Это этап линейного движения 2-оси с апертурой 40 mm диаметра в середине (удобной для применений NSOM). Оно имеет динамический диапазон µm 100 100 с разрешением sub-нанометра. тщательным изготовлением конструкции и точности, вращательные ошибки о оси z (δγz, δθz) контролируемое меньш µrad чем 10 и другие вращательные ошибки незначительно малы над всем рядом. Гистерезис был измерен как меньш чем 0.01% из ряда. На Диаграмму 11 представлено типичный результат измерения статического представления от этапа NPS-XY-100A. Объединенный кинематический механизм установки помогает сбросить напряжения наведенные внутренними движущими силами и тепловым расширением, улучшая стабилность системы. Кинематический механизм установки обеспечивает что материал системы на центре платформы этапа на котором образец или зонд нормально расположены, так, что термальное влияние можно эффектно decoupled. Этап сделан из Супер Инвара и имеет резонирующую частоту над 300 Hz. Путем вводить экстра амортизируя в систему, времени скамьи 10 мс для малой реакции шага можно достигнуть, как показано в Диаграмме 12. Совмещать NPS-XY-100 и NPS-Z-15 формирует систему 3D располагая и просматривая, как показано в Диаграмме 8, которая идеально для метрологических применений SPM.

AZoNano - Нанотехнология - Линеарности и гистерезис NPS-XY-100A.

Диаграмма 11. Линеарность и гистерезис NPS-XY-100A.

AZoNano - Нанотехнология - реакция Шага NPS-XY-100A

Диаграмма 12. Реакция Шага NPS-XY-100A.

Заключения

Некоторые из технологий используемых в механизмах точности нанометра Queensgate были введены и были обсужены для того чтобы объяснить как метрологической возможности на нанометре или даже sub-нанометре ровных можно достигнуть с NanoMechanisms. Некоторые метрологические принципиальные схемы были уточюнены в путе они использованы для того чтобы описать ультра-точность располагая методы. Конструктивные соображения были обсужены с справкой к проблемам разрешения и шумят, линеарности и искажение гистерезиса, теплового расширения и усилия, и паразитные движения как non-ортогональность (помеха), ошибки вращения и ошибки Etc. Abbe, которые вводят располагая ошибки и неопределенность к системе. Были упомянуты Некоторые подходы для во избежание или уменьшать эти ошибки. Это включает оба оптимизированную конструкцию и предварительные методы компенсации. Больше детальной информации доступны от Queensgate [3]. Была конструирована и была построена серия NanoMechanisms, колебаясь от одиночной оси к multi этапам оси. Сочетание из эти этапы может обеспечить движения до 6 степеней свободы с точностью нанометра. Начальное испытание показывало перспективнейшие результаты, как малошумный уровень, гистерезис sub-нанометра, очень малые паразитные движения, высокие линеарности и хорошая реакция шага. Всесторонняя оценка метрологических характеристик осложненный и долгосрочный проект, специально для multi систем оси, включающ более изощренные метрологические методы и предварительные аппаратуры. Более Дополнительные результаты будут сообщены в ближайшее время.

Подтверждения

Авторы хотел были бы выразить спасибо к Graham Джонсу, Джереми Расселу и Филиппу Rhead для их помощи в конструировать, строить и испытывать этот NanoMechanisms.

Справка

1.      Книга Nanopositioning, Аппаратуры Ltd Queensgate, 1997

2. P.D. Atherton, Y. Xu и M. McConnell, «Новый x-y этап для располагать и просматривать», Продолжения Ежегодного Собрания SPIE, Августа 1996, Денвера, США

3. S.T. Смит и D.G Chetwynd, Учредительства Конструкции Механизма Ultraprecision, Гордон и Наука Издатель Пролома, 1992

Основной автор: Ying Xu, Паыль D Atherton, Томас R. Запинание и Malachy McConnel.

Источник: Аппаратуры Queensgate.

Для больше информации на этом источнике пожалуйста посетите аппаратуры Queensgate.

Date Added: Dec 9, 2005 | Updated: Jul 15, 2013

Last Update: 15. July 2013 16:31

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit