DE102022210368A1

DE102022210368A1 - Device for measuring or processing objects, method for operating

Info

Publication number: DE102022210368A1
Application number: DE102022210368.8A
Authority: DE
Inventors: Thomas Woerle; Nils Henkel; Maximilian Loedige
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2022-09-30
Filing date: 2022-09-30
Publication date: 2024-04-04
Also published as: WO2024068449A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Vermessung und/oder Bearbeitung von Objekt (7), insbesondere Rasterkraftmikroskop, mit einem Objektträger (6), auf welchem ein Objekt (7) anordenbar ist, mit einem dem Objektträger (6) zugeordneten Arbeitskopf (9) zum Messen oder Bearbeiten des Objekts (7) und mit einem Gestell (2), das einen den Objektträger (6) tragenden Tragelement, insbesondere Tisch (3), und einen den Arbeitskopf (9) haltenden Arm (4) aufweist. Es ist vorgesehen, dass dem Objektträger (6) mehrere individuell betätigbare und verteilt angeordnete Spanneinrichtungen (12) zugeordnet sind, wobei die jeweilige Spanneinrichtung (12) dazu ausgebildet ist, den Objektträger in Abhängigkeit von einem Schwingungsverhalten des Objektträgers (6), des Objekts (7) und/oder des Arbeitskopfs (9) mit einer vorgegebenen Kraft zur lokalen Versteifung zu verspannen, um eine Relativschwingungen von Arbeitskopf (9) und Objekt (7) zueinander minimierende lokale Versteifung des Objektträgers (6) zu bewirken.The invention relates to a device (1) for measuring and/or processing an object (7), in particular an atomic force microscope, with a specimen slide (6) on which an object (7) can be arranged, with a working head (9) assigned to the specimen slide (6) for measuring or processing the object (7) and with a frame (2) which has a support element carrying the specimen slide (6), in particular a table (3), and an arm (4) holding the working head (9). It is provided that a plurality of individually operable and distributed clamping devices (12) are assigned to the specimen slide (6), wherein the respective clamping device (12) is designed to clamp the specimen slide with a predetermined force for local stiffening depending on a vibration behavior of the specimen slide (6), the object (7) and/or the working head (9) in order to bring about a local stiffening of the specimen slide (6) which minimizes relative vibrations of the working head (9) and the object (7) to one another.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vermessen und/oder Bearbeiten eines Objekts, insbesondere ein Rasterkraftmikroskop, mit einem Objektträger, auf welchem ein Objekt anordenbar ist, mit einem dem Objektträger zugeordneten Arbeitskopf zum Messen oder Bearbeiten des Objekts und mit einem Gestell, das einen den Objektträger tragenden Tisch und einen den Arbeitskopf haltenden Arm aufweist.The invention relates to a device for measuring and/or processing an object, in particular an atomic force microscope, with a specimen slide on which an object can be arranged, with a working head assigned to the specimen slide for measuring or processing the object and with a frame which has a table carrying the specimen slide and an arm holding the working head.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Vorrichtung.The invention further relates to a method for operating such a device.

Vorrichtungen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Bei der Bearbeitung und/oder Vermessung von Objekten oder Werkstücken, wie insbesondere optischen Elementen, beispielsweise Spiegeln, Linsen oder dergleichen, die insbesondere in der Mikrolithographie eingesetzt werden, sind Vorrichtungen von Vorteil, die mit einer sehr hohen Genauigkeit eine Vermessung und/oder Bearbeitung eines Objekts durchführen können. Vorrichtungen mit einer Genauigkeit im Nano- oder Pikometerbereich, wie beispielsweise ein Rasterkraftmikroskop, reagieren jedoch empfindlich auf kleinste Vibrationen der Vorrichtung selbst sowie auf externe Vibrationen, also Störanregungen, die von außen kommen, beispielsweise durch den Boden, auf welchem die Vorrichtung steht, oder aus Luftschall. Dabei sind vor allem Resonanzfrequenzen innerhalb der Vorrichtung verantwortlich für Relativbewegungen zwischen dem Objekt und dem Arbeitskopf, der insbesondere als Messkopf zur Vermessung oder als Bearbeitungskopf zur Bearbeitung des Objekts ausgebildet ist. Liegen diese Resonanzfrequenzen ungünstig oder erfolgen die Bewegungen zwischen Arbeitskopf und Objekt gegenphasig, sodass sich beispielsweise Objekt und Arbeitskopf nahe ihrer jeweiligen Resonanzfrequenz aufeinander zu und voneinander wegbewegen, ist das Ergebnis der Vermessung oder Bearbeitung einem stochastischen oder deterministischen Störsignal ausgesetzt und die Mess- oder Bearbeitungsqualität sinkt ab. Ist außerdem eine Störanregung beispielsweise durch den Boden im Bereich einer Resonanzfrequenz hoch, kann dies zu erheblichen Verschiebungen zwischen Objekt und Arbeitskopf führen, wodurch ein Fehler, insbesondere ein Messfehler oder Bearbeitungsfehler, um ein Vielfaches vergrößert werden kann.Devices of the type mentioned at the beginning are known from the prior art. When processing and/or measuring objects or workpieces, such as optical elements in particular, for example mirrors, lenses or the like, which are used in particular in microlithography, devices that can measure and/or process an object with a very high degree of accuracy are advantageous. However, devices with an accuracy in the nanometer or picometer range, such as an atomic force microscope, react sensitively to the smallest vibrations of the device itself as well as to external vibrations, i.e. interference that comes from outside, for example from the floor on which the device stands or from airborne sound. Resonance frequencies within the device are primarily responsible for relative movements between the object and the working head, which is designed in particular as a measuring head for measuring or as a processing head for processing the object. If these resonance frequencies are unfavorable or the movements between the working head and the object are in antiphase, so that, for example, the object and the working head move towards and away from each other close to their respective resonance frequencies, the result of the measurement or processing is exposed to a stochastic or deterministic interference signal and the measurement or processing quality drops. In addition, if interference, for example from the ground, is high in the range of a resonance frequency, this can lead to significant shifts between the object and the working head, which can increase an error, in particular a measurement error or processing error, many times over.

Es liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung sowie ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung zu schaffen, durch welches Bearbeitungs- oder Messfehler in vorteilhafter Weise minimiert werden.The invention is therefore based on the object of creating an improved device and an improved method for operating such a device, through which processing or measuring errors are advantageously minimized.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Die Erfindung hat den Vorteil, dass durch eine lokale Versteifung des Objektträgers das Schwingungsverhalten des Objektträgers und damit auch das Schwingungsverhalten des auf dem Objektträger befindlichen Objekts derart beeinflusst wird beziehungsweise beeinflussbar ist, dass das Bearbeitungs- oder Messergebnis der Vorrichtung optimiert wird. Hierzu sieht die erfindungsgemäße Vorrichtung vor, dass dem Objektträger mehrere individuell betätigbare und verteilt angeordnete Spanneinrichtungen zugeordnet sind, wobei eine jeweilige Spanneinrichtung dazu ausgebildet ist, den Objektträger in Abhängigkeit von einem Schwingungsverhalten des Objektträgers, des Objekts und/oder des Arbeitskopfs mit einer vorgebbaren Kraft zu verspannen, um eine Relativschwingungen von Arbeitskopf und Objekt zueinander minimierende lokale Versteifung des Objektträgers zu bewirken. Mit anderen Worten: Der Objektträger wird in Abhängigkeit von einem Schwingungsverhalten des Objektträgers, des Objekts und/oder des Arbeitskopfs derart mit einer vorgegebenen Kraft verspannt, dass der Objektträger lokal versteift ist, wobei die lokale Versteifung des Objektträgers eine Minimierung von Relativschwingungen zwischen Arbeitskopf und Objekt beziehungsweise von Arbeitskopf und Objekt zueinander bewirkt. Durch die verteilt angeordneten Spanneinrichtungen kann der Objektträger an unterschiedlichen Stellen mit der beziehungsweise durch die jeweilige Spanneinrichtung versteift werden. Wird eine Spannkraft auf den Objektträger durch eine Spanneinrichtung ausgeübt, so versteift sich der Objektträger in diesem Bereich, wodurch das Schwingungsverhalten des Objektträgers zumindest in diesem Bereich beeinflusst wird. Hierdurch werden beispielsweise Schwingungsmoden des Objektträgers gezielt beeinflusst, um die Relativschwingungen von Arbeitskopf und Objekt zueinander zu minimieren, beispielsweise indem ein gleichphasiges Schwingen von Arbeitskopf und Objekt im Mess- oder Bearbeitungspunkt eingestellt wird. Durch ein individuelles Ansteuern bzw. Betätigen der Spanneinrichtungen ist somit insgesamt das Messergebnis oder das Bearbeitungsergebnis optimierbar. Vorzugsweise ist der Arbeitskopf durch den Arm gegenüber dem Objektträger gehalten. Der Arbeitskopf ist vorzugsweise oberhalb oder unterhalb des Objektträgers, neben dem Objektträger oder schräg neben dem Objektträger gehalten. Die konkrete Anordnung ergibt sich insbesondere aus dem Anwendungsfall. Vorzugsweise ist der Arm einendig durch das Gestell gelagert oder gehalten. Alternativ ist der Arm bevorzugt beidendig durch das Gestell in der Art oder als Teil eines Portals gelagert oder gehalten. Optional ist der Arm bewegbar, insbesondere in der Variante als Portal vorzugsweise auf Schienen verschiebbar gelagert. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorzugsweise das Gestell mit dem Arm relativ zu dem Tisch bewegbar oder verschiebbar gelagert.The object underlying the invention is achieved by a device with the features of claim 1 and by a method with the features of claim 10. The invention has the advantage that by locally stiffening the slide, the vibration behavior of the slide and thus also the vibration behavior of the object located on the slide is influenced or can be influenced in such a way that the processing or measurement result of the device is optimized. For this purpose, the device according to the invention provides that several individually operable and distributed clamping devices are assigned to the slide, wherein a respective clamping device is designed to clamp the slide with a predeterminable force depending on the vibration behavior of the slide, the object and/or the working head in order to bring about a local stiffening of the slide that minimizes relative vibrations of the working head and the object to one another. In other words: Depending on the vibration behavior of the slide, the object and/or the working head, the slide is clamped with a predetermined force in such a way that the slide is locally stiffened, whereby the local stiffening of the slide minimizes relative vibrations between the working head and the object or between the working head and the object. The distributed clamping devices allow the slide to be stiffened at different points with or by the respective clamping device. If a clamping force is exerted on the slide by a clamping device, the slide stiffens in this area, which influences the vibration behavior of the slide at least in this area. This specifically influences vibration modes of the slide, for example, in order to minimize the relative vibrations of the working head and the object, for example by setting the working head and the object to oscillate in phase at the measuring or processing point. The measurement result or processing result can therefore be optimized overall by individually controlling or operating the clamping devices. Preferably, the working head is held by the arm opposite the slide. The working head is preferably held above or below the slide, next to the slide or diagonally next to the slide. The specific arrangement arises in particular from the application. Preferably, the arm is supported or held at one end by the frame. Alternatively, the arm is preferably supported or held at both ends by the frame in the manner of or as part of a portal. Optionally, the arm is movable, especially in the variant as a portal preferably on Rails are slidably mounted. According to a further embodiment, the frame with the arm is preferably mounted so as to be movable or slidable relative to the table.

Vorzugsweise sind die Spanneinrichtungen gleichmäßig über den Objektträger verteilt angeordnet. Dadurch ist eine Anpassung des Schwingverhaltens des Objektträgers an unterschiedliche Objekte durch eine passende Ansteuerung oder Betätigung der Spanneinrichtungen in vorteilhafter Weise möglich. Besonders bevorzugt sind die Spanneinrichtungen, oder zumindest einige der Spanneinrichtungen, matrixförmig, also in Reihen und Spalten verteilt angeordnet, um eine vorteilhafte Beeinflussung des Schwingungsverhaltens jederzeit zu gewährleisten. Gemäß einer alternativen Ausführungsform sind die Spanneinrichtungen oder zumindest einige der Spanneinrichtungen ringförmig beziehungsweise kreisringförmig, verteilt angeordnet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Spanneinrichtungen in Abhängigkeit von dem Schwingungsverhalten des Objektträgers und/oder des Objekts angeordnet, um eine optimale gezielte Beeinflussung des Schwingungsverhaltens zu gewährleisten.Preferably, the clamping devices are arranged evenly distributed over the slide. This makes it possible to adapt the vibration behavior of the object carrier to different objects in an advantageous manner by appropriately controlling or actuating the clamping devices. Particularly preferably, the clamping devices, or at least some of the clamping devices, are arranged in a matrix form, i.e. distributed in rows and columns, in order to ensure an advantageous influence on the vibration behavior at all times. According to an alternative embodiment, the clamping devices or at least some of the clamping devices are arranged in a ring-shaped or circular ring-shaped manner. According to a further embodiment of the invention, the clamping devices are arranged depending on the vibration behavior of the specimen slide and/or the object in order to ensure an optimal, targeted influence on the vibration behavior.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Objektträger mehrere zumindest zu dem Tisch hin offene Vertiefungen mit jeweils einer ringförmigen, insbesondere kreisringförmigen, Seitenwand auf, wobei in zumindest einigen der Vertiefungen jeweils eine der Spanneinrichtungen zumindest bereichsweise angeordnet ist. Der Objektträger weist somit mehrere Vertiefungen auf, wobei in jeder der Vertiefungen oder in zumindest einigen der Vertiefungen jeweils eine der Spanneinrichtungen angeordnet ist, um bei Bedarf den Objektträger lokal zu versteifen. Dadurch, dass die Spanneinrichtungen in die Vertiefungen des Objektträgers eingreifen, können die Spanneinrichtungen über die gesamte Länge und Breite des Objektträgers verteilt angeordnet werden und den Objektträger beispielsweise auch in von seinem Rand entfernten Bereichen bei Bedarf versteifen. Die Spanneinrichtungen sind dabei vorzugsweise direkt an dem Tisch befestigt oder an einer Basis des Objektträgers, die an dem Tisch befestigt ist oder auf dem Tisch aufliegt.According to a preferred embodiment of the invention, the slide has a plurality of recesses that are open at least towards the table, each with an annular, in particular circular, side wall, with one of the clamping devices being arranged at least in some areas in at least some of the recesses. The slide thus has a plurality of recesses, with one of the clamping devices being arranged in each of the recesses or in at least some of the recesses in order to locally stiffen the slide if required. Because the clamping devices engage in the recesses of the slide, the clamping devices can be arranged distributed over the entire length and width of the slide and can stiffen the slide, for example, in areas remote from its edge if required. The clamping devices are preferably attached directly to the table or to a base of the slide that is attached to the table or rests on the table.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist zumindest eines der Spanneinrichtungen wenigstens zwei Spannbacken auf, die zumindest bereichsweise in einer der Vertiefungen einliegen und derart in unterschiedliche Richtungen verlagerbar sind, dass sie gegen die Seitenwand der Vertiefung verspannbar sind. Dadurch erfolgt ein Verspannen des Objektträgers von innen heraus. Die Spannbacken liegen innen in der Vertiefung an deren Seitenwand an und werden gegeneinander verspannt beziehungsweise in unterschiedliche Richtungen mit einer Kraft beaufschlagt, sodass sie den Objektträger in der Vertiefung mit einer Kraft in unterschiedliche Richtungen beaufschlagen und sich dadurch in der Vertiefung verspannen. Durch die Kraftbeaufschlagung wird dabei der Objektträger im Bereich um die betroffene Vertiefung herum versteift, wodurch die oben erwähnte Beeinflussung von Schwingungsmoden oder Schwingungsverhalten erfolgt.According to a preferred embodiment of the invention, at least one of the clamping devices has at least two clamping jaws, which lie at least partially in one of the recesses and can be moved in different directions in such a way that they can be clamped against the side wall of the recess. This causes the slide to become tense from the inside out. The clamping jaws lie on the inside of the recess on the side wall and are clamped against each other or are subjected to a force in different directions, so that they apply a force to the specimen slide in the recess in different directions and thereby clamp themselves in the recess. As a result of the application of force, the slide is stiffened in the area around the affected depression, whereby the above-mentioned influence on vibration modes or vibration behavior takes place.

Bevorzugt weist die Spanneinrichtung mehr als zwei Spannbacken auf, insbesondere drei oder vier Spannbacken, die gleichmäßig insbesondere über den Umfang der Spanneinrichtung verteilt angeordnet sind, sodass durch eine Kraftbeaufschlagung die Kraft gleichmäßig auf den Objektträger ausgeübt wird. Vorzugsweise weisen die Spannbacken eine Außenkontur auf, die der Innenkontur der Seitenwand entspricht, sodass die Spannbacken vorteilhaft flächig an der Seitenwand der Vertiefung anliegen oder anliegen können, um eine vorteilhafte Kraftübertragung und insbesondere auch das Übertragen hoher Kräfte dauerhaft und sicher gewährleisten.The clamping device preferably has more than two clamping jaws, in particular three or four clamping jaws, which are arranged evenly distributed, in particular over the circumference of the clamping device, so that the force is exerted evenly on the specimen slide by applying force. Preferably, the clamping jaws have an outer contour that corresponds to the inner contour of the side wall, so that the clamping jaws advantageously lie or can lie flat against the side wall of the recess in order to ensure an advantageous transmission of force and in particular the transmission of high forces permanently and safely.

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die jeweilige Spanneinrichtung zumindest einen den Spannbacken zugeordneten ansteuerbaren Aktuator aufweist, der insbesondere ein pneumatisch, hydraulisch, elektromotorisch oder elektromagnetisch arbeitender und/oder betätigbarer Aktuator ist, und der zur Verlagerung und/oder Kraftbeaufschlagung oder Kraftlösung der Spannbacken ausgebildet ist. Gemäß einer Ausführungsform ist durch den Aktuator der jeweiligen Spanneinrichtung somit individuell für die jeweilige Spanneinrichtung eine Spannkraft zur Kraftbeaufschlagung des Objektträgers einstellbar, die in Abhängigkeit von dem Schwingungsverhalten des Objektträgers und/oder des Arbeitskopfs, wie oben beschrieben, insbesondere durch ein Steuergerät vorgegeben wird, um die Relativbewegungen zwischen Arbeitskopf und Objektträger beziehungsweise Objekt zu minimieren. Gemäß einer alternativen Ausführungsform weist der Aktuator bevorzugt zumindest ein Federelement auf, das vorgespannt gehalten ist, um die Spannbacken gegen den Objektträger zu dessen lokaler Versteifung zu pressen, und das vorzugsweise durch Betätigung des Aktuators zum Lösen der Spannkraft insbesondere pneumatisch, hydraulisch, elektromotorisch und/oder elektromagnetisch elastisch verformt beziehungsweise vorgespannt werden kann. Dadurch ist eine lokale Versteifung des Objektträgers auch ohne aktive Kraftaufwendung haltbar, wodurch eine energieeffiziente Lösung geboten wird.Furthermore, it is preferably provided that the respective clamping device has at least one controllable actuator assigned to the clamping jaws, which is in particular a pneumatically, hydraulically, electromotively or electromagnetically operating and / or actuable actuator, and which is designed for displacing and / or applying force or releasing force of the clamping jaws . According to one embodiment, a clamping force for applying force to the object slide can be adjusted individually for the respective clamping device by the actuator of the respective clamping device, which force is predetermined in particular by a control device depending on the vibration behavior of the object slide and/or the working head, as described above to minimize the relative movements between the working head and the slide or object. According to an alternative embodiment, the actuator preferably has at least one spring element, which is held pre-stressed in order to press the clamping jaws against the specimen slide for local stiffening thereof, and this is preferably done by actuating the actuator to release the clamping force, in particular pneumatically, hydraulically, electromotively and/or or can be elastically deformed or prestressed electromagnetically. This allows local stiffening of the slide to be maintained even without active force, providing an energy-efficient solution.

Vorzugsweise weist die zumindest eine Spanneinrichtung einen Spannkegel oder -keil auf, wobei die Spannbacken an dem Spannkegel oder -keil längsverschieblich derart gelagert sind, dass sie bei einer Längsverschiebung durch den Spannkeil oder -kegel quer verschoben werden, um eine Spannkraft beziehungsweise eine lokale Versteifung zu erzeugen oder zu reduzieren. Die Spannkraft wird somit durch ein Keilelement erzeugt, und mithilfe insbesondere des Aktuators, der das jeweilige Spannelement längs entlang des Keils verschiebt, wodurch bei der Längsverschiebung eine Querverschiebung durch den Keil bewirkt wird. Aufgrund der Übersetzung, die die Keilform bietet, können dadurch hohe Querkräfte erzeugt werden. Vorzugsweise ist der Spannkegel oder -keil mittig an der jeweiligen Spanneinrichtung angeordnet, sodass die zumindest zwei Spannbacken den Spannkegel oder -keil zwischen sich aufnehmen. Werden die beiden Spannbacken entlang des Keils längs bewegt, so werden sie auseinander oder aufeinander zu bewegt, um eine Spannkraft zu erzeugen oder zu lösen. Durch die insbesondere symmetrische Anordnung der Spannbacken und die mittige Anordnung des Spannkegels oder keils ist gewährleistet, dass eine vorteilhafte Kraftverteilung von der Spanneinrichtung auf den Objektträger gewährleistet ist.Preferably, the at least one clamping device has a clamping cone or wedge, with the clamping jaws on the clamping cone or -wedge are mounted in a longitudinally displaceable manner in such a way that they are displaced transversely during a longitudinal displacement by the clamping wedge or cone in order to generate or reduce a clamping force or local stiffening. The clamping force is thus generated by a wedge element, and in particular with the help of the actuator, which displaces the respective clamping element longitudinally along the wedge, whereby a transverse displacement is caused by the wedge during the longitudinal displacement. Due to the translation that the wedge shape offers, high transverse forces can be generated. Preferably, the clamping cone or wedge is arranged centrally on the respective clamping device, so that the at least two clamping jaws accommodate the clamping cone or wedge between them. If the two clamping jaws are moved lengthwise along the wedge, they are moved apart or towards each other in order to generate or release a clamping force. The particularly symmetrical arrangement of the clamping jaws and the central arrangement of the clamping cone or wedge ensures that an advantageous distribution of force from the clamping device to the specimen slide is guaranteed.

Weiter ist bevorzugt vorgesehen, dass die Vorrichtung ein Steuergerät aufweist, das speziell dazu hergerichtet ist, die Spanneinrichtungen in Abhängigkeit vom Schwingungsverhalten von Objektträger und/oder Objekt einerseits und Arbeitskopf andererseits individuell anzusteuern. Durch das Steuergerät werden also die Spanneinrichtungen zum Erzeugen oder Lösen einer Spannkraft angesteuert, um den Objektträger gezielt lokal zu versteifen und dadurch sein Schwingungsverhalten an das Schwingungsverhalten des Arbeitskopfs vorteilhaft anzupassen, sodass Relativschwingungen während eines Bearbeitungs- oder Messvorgangs minimiert werden. Durch das Steuergerät erfolgt eine automatisierte Ansteuerung der Spanneinrichtungen, wodurch beispielsweise in kurzer Zeit verschiedene Objekte bearbeitet oder vermessen werden können.Furthermore, it is preferably provided that the device has a control device that is specifically designed to individually control the clamping devices depending on the vibration behavior of the specimen slide and/or object on the one hand and the working head on the other. The control device therefore controls the clamping devices for generating or releasing a clamping force in order to selectively locally stiffen the specimen slide and thereby advantageously adapt its vibration behavior to the vibration behavior of the working head, so that relative vibrations are minimized during a processing or measuring process. The control unit automatically controls the clamping devices, which means that various objects can be processed or measured in a short time, for example.

Vorzugsweise ist das Steuergerät speziell dazu hergerichtet, die Spanneinrichtungen anzusteuern, um eine Eigenfrequenz zumindest des Objekts und einer externen Störanregung in unterschiedliche Frequenzbereiche zu legen. Dadurch wird vermieden, dass externe Störanregungen zu Resonanzschwingungen im Objektträger und/oder Objekt führen können, wodurch das Arbeitsergebnis leiden könnte.The control device is preferably specially designed to control the clamping devices in order to set a natural frequency of at least the object and an external interference excitation in different frequency ranges. This prevents external interference from causing resonance vibrations in the slide and/or object, which could cause the work result to suffer.

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 zeichnet sich dadurch aus, dass der Objektträger in Abhängigkeit von einem Schwingungsverhalten des Objektträgers, des Objekts und/oder des Arbeitskopfs durch ein oder mehrere ausgewählte Spanneinrichtungen mit jeweils einer vorgegebenen Kraft lokal versteift wird. Es ergeben sich hierdurch die oben bereits genannten Vorteile. Durch das Berücksichtigen des Schwingungsverhaltens von Objektträger, Objekt und/oder Arbeitskopf wird durch Versteifen an einem lokal ausgewählten Punkt des Objektträgers erreicht, dass Relativschwingungen zwischen Objekt und Arbeitskopf während des Arbeitsvorgangs reduziert beziehungsweise optimiert werden. Insbesondere wird das Schwingungsverhalten des Objektträgers durch das Ansteuern der Spanneinrichtungen derart beeinflusst, dass an der Mess- oder Arbeitsstelle der Vorrichtung Objekt und Arbeitskopf gleichphasig schwingen.The method according to the invention with the features of claim 10 is characterized in that the specimen slide is locally stiffened by one or more selected clamping devices, each with a predetermined force, depending on the vibration behavior of the specimen slide, the object and/or the working head. This results in the advantages already mentioned above. By taking into account the vibration behavior of the slide, object and/or working head, stiffening at a locally selected point on the slide ensures that relative vibrations between the object and working head are reduced or optimized during the working process. In particular, the vibration behavior of the object slide is influenced by the control of the clamping devices in such a way that the object and the working head oscillate in phase at the measuring or working point of the device.

Vorzugsweise wird das Schwingungsverhalten von Objektträger, Objekt und/oder Arbeitskopf durch Versuche ermittelt und/oder berechnet. Vorzugsweise wird bei der Berechnung eine Finite-Elemente-Methode eingesetzt, mittels welcher die Schwingungsmoden des Objektträgers bestimmt werden, insbesondere unter Berücksichtigung eines auf dem Objektträger befindlichen Objekts. Dadurch kann mit hoher Genauigkeit der Objektträger lokal durch das Ansteuern der Spanneinrichtungen versteift werden, sodass sich Schwingungsmoden beeinflusst und das Schwingungsverhalten optimiert werden kann.Preferably, the vibration behavior of the slide, object and/or working head is determined and/or calculated through tests. Preferably, a finite element method is used in the calculation, by means of which the vibration modes of the slide are determined, in particular taking into account an object located on the slide. This allows the slide to be locally stiffened with high precision by controlling the clamping devices, so that vibration modes can be influenced and the vibration behavior can be optimized.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung werden die Spanneinrichtungen von erfassten oder ermittelten Schwingungsmoden des Objektträgers und/oder des Objekts einerseits und des Arbeitskopfs andererseits angesteuert. Es ergeben sich dabei die oben bereits genannten Vorteile.According to a preferred development of the invention, the clamping devices are controlled by detected or determined vibration modes of the specimen slide and/or the object on the one hand and of the working head on the other. This results in the advantages already mentioned above.

Vorzugsweise werden die Spanneinrichtungen in Abhängigkeit von einer erfassten oder ermittelten oder erwarteten externen Störanregung angesteuert. Hierbei wird erreicht, dass sich eine Störanregung nicht auf die Schwingungen zwischen Arbeitskopf und Objekt auswirken. Insbesondere wird dazu, wie obenstehend bereits erwähnt, das Schwingungsverhalten beziehungsweise die Frequenz des Objektträgers und/oder des Objekts und/oder des Arbeitskopfs aus dem Frequenzbereich der Störanregung durch das Versteifen des Objektträgers mittels der Spanneinrichtungen bei dafür geeigneten Stellen herausbewegt.Preferably, the clamping devices are controlled depending on a detected, determined or expected external disturbance. This ensures that a disturbance does not affect the vibrations between the working head and the object. In particular, as already mentioned above, the vibration behavior or the frequency of the object carrier and/or the object and/or the working head is moved out of the frequency range of the disturbance by stiffening the object carrier using the clamping devices at suitable locations.

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Spanneinrichtungen in Abhängigkeit von einer Resonanzfrequenz der Vorrichtung angesteuert werden. Wie oben bereits erwähnt, wird dadurch erreicht, dass vermieden wird, dass die Eigenfrequenz der Vorrichtung, insbesondere dem Arbeitskopf oder Objektträger, erreicht wird, durch welche das Arbeitsergebnis deutlich verschlechtert werden könnte.Furthermore, it is preferably provided that the clamping devices are controlled depending on a resonance frequency of the device. As already mentioned above, this ensures that the natural frequency of the device, in particular the working head or object slide, is avoided, which could significantly worsen the work result.

Vorzugsweise wird in Abhängigkeit von Form, Größe und Gewicht des Objekts eine Lageposition für das Objekt auf dem Objektträger vorbestimmt. Durch die Position/Lageposition des Objekts auf dem Obj ektträger wird dessen Schwingungsverhalten weiter beeinflusst. Wird von vornherein eine vorteilhafte Lageposition ausgewählt, wird das Schwingungsverhalten des Objektträgers ebenfalls vorteilhaft beeinflusst und kann durch das Ansteuern beispielsweise nur weniger Spanneinrichtungen optimiert werden.Preferably, depending on the shape, size and weight of the object, a position po sition for the object on the slide is predetermined. The position/location of the object on the slide further influences its vibration behavior. If an advantageous location is selected from the outset, the vibration behavior of the slide is also influenced in a beneficial way and can be optimized by controlling, for example, only a few clamping devices.

Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen. Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen

1 eine vorteilhafte Vorrichtung in einer vereinfachten Darstellung,
2 ein Betriebszustand der Vorrichtung in einer vereinfachten Darstellung,
3 einen Objektträger der Vorrichtung in einer vereinfachten Draufsicht,
4A und B unterschiedliche Ausführungsbeispiele von Spanneinrichtungen der Vorrichtung in jeweils einer vereinfachten Darstellung,
5A und B ein Schwingungsverhalten der Vorrichtung in unterschiedlichen Betriebszuständen, jeweils in einer schematischen Darstellung.

Further advantages and preferred features and combinations of features result in particular from what has been described above and from the claims. The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. Show this

1 an advantageous device in a simplified representation,
2 an operating state of the device in a simplified representation,
3 a microscope slide of the device in a simplified top view,
4A and B different embodiments of clamping devices of the device, each in a simplified representation,
5A and B a vibration behavior of the device in different operating states, each in a schematic representation.

1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung eine vorteilhafte Vorrichtung zur Vermessung von Objekten. Die Vorrichtung 1 weist ein Gestell 2 oder Rahmen auf, das zumindest ein Tragelement, insbesondere einen Tisch 3, sowie einen Arm 4 aufweist, der von dem Tisch 3 nach oben über den Tisch 3 führt, sodass der Arm 4 oberhalb des Tischs 3, jedoch beabstandet zu diesem, angeordnet ist. Das Tragelement, insbesondere der Tisch 3, selbst kann beispielsweise durch Füße 5 ergänzt sein, welche zur Lagerung des Tragelements beziehungsweise des Tischs 3 auf einem Boden, beispielsweise Hallenboden oder Raumboden dienen. Auf dem Tragelement beziehungsweise dem Tisch 3 ist ein Objektträger 6 angeordnet, auf welchem ein zu prüfendes beziehungsweise zu vermessendes Objekt 7 anordenbar ist. Der Objektträger 6 ist plattenförmig ausgebildet und weist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine rechteckförmige Außenkontur auf. Der Objektträger 6 liegt auf einer Basis 8 auf, die auf dem Tisch 3 liegt. Alternativ wird auf die Basis 8 verzichtet. 1 shows a simplified representation of an advantageous device for measuring objects. The device 1 has a frame 2 which has at least one support element, in particular a table 3, and an arm 4 which leads from the table 3 upwards over the table 3, so that the arm 4 is arranged above the table 3, but at a distance from it. The support element, in particular the table 3, itself can be supplemented, for example, by feet 5 which serve to support the support element or the table 3 on a floor, for example a hall floor or room floor. A specimen carrier 6 is arranged on the support element or the table 3, on which an object 7 to be tested or measured can be arranged. The specimen carrier 6 is plate-shaped and, according to the present embodiment, has a rectangular outer contour. The specimen carrier 6 rests on a base 8 which lies on the table 3. Alternatively, the base 8 is omitted.

An dem Arm 4 ist weiterhin ein Arbeitskopf 9 gehalten, der zur Vermessung des Objekts 7 dient und insoweit als Messkopf ausgebildet ist. Der Arbeitskopf 9 ist beispielsweise an einer Einrichtung 10 gehalten, die an dem Arm 4 befestigt ist, wobei die Einrichtung 10 dazu ausgebildet ist, den Arbeitskopf 9 zu lagern, insbesondere zu verschwenken und zu verschieben, um das Objekt 7 bis zu dessen Oberfläche abtasten oder vermessen zu könnenA working head 9 is also held on the arm 4, which serves to measure the object 7 and is designed as a measuring head. The working head 9 is held, for example, on a device 10 that is attached to the arm 4, wherein the device 10 is designed to support the working head 9, in particular to pivot and move it, in order to be able to scan or measure the object 7 down to its surface.

In 2 ist die Vorrichtung 1 im idealen, schwingungsfreien Zustand mit gestrichelten Linien gezeigt, wie auch in 1 gezeigt, sowie in einem durch Schwingungen beeinflussten Zustand mit durchgezogenen Linien, wobei die Schwingungen übertrieben groß dargestellt sind, um das Verständnis zu erleichtern. Durch Störanregungen von außen, beispielsweise durch den Boden, und/oder durch die Bewegung des Arbeitskopfs 9 sowie durch Luftschall können das Gestell 2, der Objektträger 6 und der Arbeitskopf 9 zu Bewegungen angeregt werden. Vorliegend ist die Vorrichtung 1 als Rasterkraftmikroskop ausgebildet, das zur mechanischen Abtastung der Oberfläche des Objekts 7 und der Messung atomarer Kräfte im Nanometerbereich dient. Schon kleinste Vibrationen oder Schwingungen von Arbeitskopf 9 und Messobjekt 7 können daher zu einer Beeinträchtigung des Messergebnisses führen. Insbesondere Bodenvibrationen und Akustikeinflüsse haben auf große und schwere Messmaschinen, wie die vorliegende Vorrichtung 1, einen großen Einfluss, da die relativ weiche Struktur der Messmaschinen niedrige Eigenfrequenzen zur Folge hat. Bei einer ungünstigen Lage der Resonanzfrequenzen und gegenphasiger Bewegung zwischen Objekt 7 und Arbeitskopf 9 können dabei große Störungen auftreten, die das Messergebnis verfälschen. Ist außerdem eine Bodenanregung im Bereich der Resonanzfrequenz sehr hoch, so kann dies zu erheblichen Verschiebungen zwischen Objekt 7 und Arbeitskopf 9 führen, wodurch ein Messfehler um ein Vielfaches vergrößert wird.In 2 the device 1 is shown in the ideal, vibration-free state with dashed lines, as in 1 shown, and in a vibration-affected state with solid lines, with the vibrations exaggerated to aid understanding. The frame 2, the object slide 6 and the working head 9 can be stimulated to move by disruptive stimuli from outside, for example from the floor, and/or by the movement of the working head 9 as well as by airborne noise. In the present case, the device 1 is designed as an atomic force microscope, which is used to mechanically scan the surface of the object 7 and measure atomic forces in the nanometer range. Even the smallest vibrations or oscillations of the working head 9 and the measurement object 7 can therefore lead to an impairment of the measurement result. In particular, ground vibrations and acoustic influences have a major influence on large and heavy measuring machines, such as the present device 1, since the relatively soft structure of the measuring machines results in low natural frequencies. If the resonance frequencies are in an unfavorable position and the movement between the object 7 and the working head 9 is in anti-phase, large disturbances can occur that falsify the measurement result. If a ground excitation in the resonance frequency range is also very high, this can lead to significant displacements between the object 7 and the working head 9, which increases the measurement error many times over.

Um trotz vorhandener Störanregungen, seien es akustische Vibrationen oder Bodenvibrationen, ein vorteilhaftes Arbeitsergebnis der Vorrichtung 1 zu erzielen, ist dem Objektträger 6 ein Spannsystem 11 zugeordnet, durch welches der Objektträger 6 an ausgewählten Stellen lokal versteifbar ist. Das Spannsystem 11 weist dazu mehrere individuell ansteuerbare Spanneinrichtungen 12 auf, die eine Spannkraft auf den Objektträger 6 derart ausüben können, sodass Objektträger 6 lokal versteift wird.In order to achieve an advantageous working result of the device 1 despite existing disturbances, be it acoustic vibrations or floor vibrations, a clamping system 11 is assigned to the object carrier 6, by means of which the object carrier 6 can be locally stiffened at selected points. The clamping system 11 has several individually controllable clamping devices 12, which can exert a clamping force on the object carrier 6 in such a way that the object carrier 6 is locally stiffened.

3 zeigt dazu in einer vereinfachten Draufsicht auf die dem Tisch 3 zugewandte Unterseite des Objektträgers 6 den Objektträger 6 mit darin ausgebildeten Vertiefungen 13, die gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel matrixförmig angeordnet und zu dem Tisch 3 hin offen ausgebildet sind. Einigen oder allen der Vertiefungen 13 ist jeweils eine Spanneinrichtung 12 zugeordnet. 3 shows, in a simplified top view of the underside of the slide 6 facing the table 3, the slide 6 with depressions 13 formed therein, which are arranged in a matrix shape according to the present exemplary embodiment and are designed to be open towards the table 3. A clamping device 12 is assigned to some or all of the recesses 13.

4A und B zeigen unterschiedliche Ausführungsbeispiele einer solchen Spanneinrichtung, jeweils in einer Schnittdarstellung. Die jeweilige Spanneinrichtung 12 ragt zumindest bereichsweise in eine der Vertiefungen 13 des Objektträgers 6 hinein. Die Spanneinrichtung 12 weist einen auf der Basis 8 angeordneten Spannkeil 14 auf, dessen Querschnitt sich in Richtung des Objektträgers 6 hin verjüngt. An dem Spannkeil 14 sind zwei Spannbacken 15 längsverschieblich gelagert. Die Spannbacken 15 weisen jeweils eine dem Spannkeil 14 zugeordnete Anlagefläche 16 auf, die flächig an dem Spannkeil 14 anliegt. An ihren von dem Spannkeil 14 abgewandten Außenseiten weisen die Spannbacken 15 Spannflächen 17 auf, die dazu ausgebildet sind, flächig an einer Seitenwand 17 der Vertiefung 13 anzuliegen. Vorteilhafterweise weist die Vertiefung 13 eine ringförmige beziehungsweise durchgehende Seitenwand 17 auf, die wie in 3 beispielhaft gezeigt, kreisförmig beziehungsweise kreisringförmig ausgebildet sein kann. Entsprechend sind die Spannflächen 17 der Spannbacken 15 vorzugsweise mit einer gekrümmten Außenkontur entsprechend der Krümmung der Seitenwand 17 ausgebildet, um dadurch die flächige Anlage zu gewährleisten. 4A and B show different exemplary embodiments of such a clamping device, each in a sectional view. The respective clamping device 12 protrudes at least partially into one of the recesses 13 of the object carrier 6. The clamping device 12 has a clamping wedge 14 arranged on the base 8, the cross section of which tapers in the direction of the object slide 6. Two clamping jaws 15 are mounted on the clamping wedge 14 so that they can be moved longitudinally. The clamping jaws 15 each have a contact surface 16 assigned to the clamping wedge 14, which lies flat against the clamping wedge 14. On their outer sides facing away from the clamping wedge 14, the clamping jaws 15 have clamping surfaces 17 which are designed to lie flat against a side wall 17 of the recess 13. The recess 13 advantageously has an annular or continuous side wall 17, which is as in 3 shown as an example, can be circular or annular. Accordingly, the clamping surfaces 17 of the clamping jaws 15 are preferably designed with a curved outer contour corresponding to the curvature of the side wall 17 in order to thereby ensure flat contact.

Die Spannbacken 15 sind längsverschieblich an dem Spannkeil 14 gelagert, also senkrecht zur Ebene des Objektträgers 6, und ihnen ist ein Aktuator 18 zugeordnet, der ein verlagerbares Aktuatorelement 19 aufweist. Der Aktuator 18 ist beispielsweise als pneumatisch, hydraulisch, elektromotorisch und/oder elektromagnetisch arbeitender Aktuator ausgebildet, der das Aktuatorelement 19 bei Bedarf verschiebt, um die Spannkraft der Spannbacken 15 zu erzeugen oder zu lösen. Dabei hintergreift das Aktuatorelement 19 die Spannbacken 15 beispielsweise derart, dass wenn der Aktuator 18 angesteuert wird, die Spannbacken 15 in Richtung der Basis 8 verschoben werden, sodass sie durch den Spannkeil 14 auseinandergeschoben werden, wie durch Pfeile in 4A angezeigt. Durch das Auseinanderschieben der Spannbacken 15 werden diese gegen die Seitenwand 17 in der Vertiefung 13 verpresst, sodass die Spannbacken 15 gegeneinander beziehungsweise gegen den Spannkeil 14 und die Seitenwand 17 verspannt werden. Durch die Verspannung wird zum einen der Objektträger 6 an der Basis 8 beziehungsweise an dem Tragelement beziehungsweise Tisch 3 verspannt und zum anderen lokal im Bereich der angesteuerten Spanneinrichtung 12 insbesondere durch die Spannkräfte und eine damit einhergehende Materialkomprimierung im Bereich der vertieften Seitenwand 17 versteift. Vorzugsweise sind den Spannbacken 15 eine oder mehrere Rückstellfedern zugeordnet, die die Spannbacken 15 in ihre Ausgangsstellung zurückverlagern, sobald die Betätigungskraft des Aktuators 18 gelöst beziehungsweise ausreichend weit reduziert wird.The clamping jaws 15 are mounted on the clamping wedge 14 so that they can be moved longitudinally, i.e. perpendicular to the plane of the object carrier 6, and an actuator 18 is assigned to them, which has a displaceable actuator element 19. The actuator 18 is designed, for example, as a pneumatic, hydraulic, electric motor and/or electromagnetic actuator, which moves the actuator element 19 as required in order to generate or release the clamping force of the clamping jaws 15. The actuator element 19 engages behind the clamping jaws 15, for example, in such a way that when the actuator 18 is activated, the clamping jaws 15 are moved in the direction of the base 8 so that they are pushed apart by the clamping wedge 14, as shown by arrows in 4A displayed. By pushing the clamping jaws 15 apart, they are pressed against the side wall 17 in the recess 13, so that the clamping jaws 15 are clamped against each other or against the clamping wedge 14 and the side wall 17. As a result of the clamping, on the one hand the object carrier 6 is clamped to the base 8 or to the support element or table 3 and, on the other hand, it is locally stiffened in the area of the controlled clamping device 12, in particular by the clamping forces and an associated material compression in the area of the recessed side wall 17. Preferably, one or more return springs are assigned to the clamping jaws 15, which return the clamping jaws 15 to their starting position as soon as the actuating force of the actuator 18 is released or reduced sufficiently.

Alternativ weist der Aktuator 18 anstelle einer Rückstellfeder zumindest ein Federelement auf, das dazu vorgespannt ist, die Spannbacken gegen den Objektträger 6 zu verspannen, insbesondere dazu, das Aktuatorelement in Richtung der Basis 8 zu verschieben. Dadurch wird die Spannkraft durch das Federelement bereitgestellt, sodass die Spannkraft nicht aktiv aufrechterhalten werden muss. Vorzugsweise ist der Aktuator 18 dabei derart ausgebildet, dass er pneumatisch, hydraulisch, elektromotorisch und/oder elektromagnetisch ansteuerbar ist, um die Spannbacken 15 entgegen der Kraft des Federelements zu lösen und die lokale Versteifung zu entspannen.Alternatively, instead of a return spring, the actuator 18 has at least one spring element, which is biased to clamp the clamping jaws against the object carrier 6, in particular to move the actuator element in the direction of the base 8. As a result, the clamping force is provided by the spring element, so that the clamping force does not have to be actively maintained. The actuator 18 is preferably designed in such a way that it can be controlled pneumatically, hydraulically, electromotively and/or electromagnetically in order to release the clamping jaws 15 against the force of the spring element and to relax the local stiffening.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Spanneinrichtung 12 ist in 4B gezeigt. Dieses unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel von 4A dadurch, dass die Spannbacken 15 oder Spannelemente nicht mit einem Spannkeil 14 zusammenwirken, sondern direkt durch den Aktuator 18 mit einer Spannkraft derart beaufschlagt werden, dass sie voneinander weg beziehungsweise auseinandergeschoben werden, um gegen die Seitenwand 17 der zugeordneten Vertiefung 13 verspannt zu werden. Hierzu weist der Aktuator 18 beispielsweise ein mit den Spannbacken 15 zusammenwirkendes Spindelgetriebe oder einen Elektromagnetantrieb auf.Another exemplary embodiment of the clamping device 12 is shown in 4B shown. This differs from the embodiment of 4A in that the clamping jaws 15 or clamping elements do not cooperate with a clamping wedge 14, but rather are subjected to a clamping force directly by the actuator 18 in such a way that they are pushed away or pushed apart from one another in order to be clamped against the side wall 17 of the associated recess 13. For this purpose, the actuator 18 has, for example, a spindle gear that interacts with the clamping jaws 15 or an electromagnetic drive.

Ein Steuergerät 19 der Vorrichtung 1 ist dazu ausgebildet in Abhängigkeit vom Schwingungsverhalten des Objektträgers 6, des Objekts 7 und/oder des Arbeitskopfs 9 die Spanneinrichtungen 12 individuell oder gezielt anzusteuern, um eine lokale Versteifung des Objektträgers 6 zu erreichen, durch welche Relativschwingungen oder Bewegungen von Arbeitskopf 9 und Objekt 7 zueinander minimiert werden.A control device 19 of the device 1 is designed to control the clamping devices 12 individually or specifically depending on the vibration behavior of the object slide 6, the object 7 and / or the working head 9 in order to achieve a local stiffening of the object slide 6, through which relative vibrations or movements of Working head 9 and object 7 are minimized relative to each other.

Das Prinzip soll anhand von 5A und 5B näher erläutert werden. 5A zeigt beispielhaft den Arbeitskopf 9 sowie die dem Arbeitskopf 9 zugewandte Oberfläche des Objekts 7. Schwingen Arbeitskopf 9 und Objekt 7 gegenphasig, so bewirkt die Schwingung, dass der Abstand zwischen Arbeitskopf 9 und Objekt 7 abwechselnd maximiert und minimiert wird, sodass in Abhängigkeit von dem Messzeitpunkt unterschiedliche Messergebnisse erfasst werden. Mit durchgezogener Linie ist in 5A beispielhaft der größte Abstand und mit gestrichelter Linie der kleinste Abstand dargestellt.The principle is to be demonstrated by 5A and 5B be explained in more detail. 5A shows the working head 9 as well as the surface of the object 7 facing the working head 9. If the working head 9 and object 7 oscillate in antiphase, the oscillation causes the distance between the working head 9 and object 7 to be alternately maximized and minimized, so that different measurement results are recorded depending on the time of measurement. The solid line in 5A The largest distance is shown as an example and the smallest distance is shown with a dashed line.

Schwingen Objekt 7 und Arbeitskopf 9 jedoch gleichphasig, wie in 5B gezeigt, so schwingen die Arbeitskopf 9 und Objekt 7 nicht relativ zueinander, sondern miteinander, sodass unabhängig vom Messzeitpunkt der Abstand zwischen Arbeitskopf 9 und der Oberfläche des Objekts 7 gleich oder nahezu gleich ist.However, object 7 and working head 9 oscillate in phase, as in 5B shown, the working head 9 and object 7 do not oscillate relative to each other, but to each other, so that regardless of the measurement time, the distance between the working head 9 and the surface of the object 7 is the same or almost the same.

Die Spanneinrichtungen 12 wirken nun im Zwischenbereich zwischen Objekt 7 und Objektträger 6 und Arbeitskopf 9 als variables Versteifungselement und können die Form der Schwingungsmoden des Objektträgers 6 und des Objekts 7 beeinflussen, sodass die Relativbewegung zwischen Arbeitskopf 9 und Messobjekt 7 minimiert wird. Die Entzerrung der Resonanzstellen der beiden schwingenden Einzelstrukturen und die damit optimale Ansteuerung der Spanneinrichtungen 12 wird bevorzugt durch Versuche ermittelt oder berechnet, wobei zur Berechnung insbesondere eine Finite-Element-Methode eingesetzt wird. Somit kann das Schwingungsverhalten beispielsweise des Objektträgers 6 ermittelt und durch das Ansteuern ausgewählter Spanneinrichtungen 12 der Spanneinrichtungen 12 vorteilhaft beeinflusst werden.The clamping devices 12 now act as a variable stiffening element in the intermediate area between the object 7 and the object carrier 6 and the working head 9 and can influence the shape of the vibration modes of the object carrier 6 and the object 7, so that the relative movement between the working head 9 and the measuring object 7 is minimized. The equalization of the resonance points of the two oscillating individual structures and the resulting optimal control of the clamping devices 12 is preferably determined or calculated through tests, with a finite element method being used in particular for the calculation. The vibration behavior of the object carrier 6, for example, can thus be determined and advantageously influenced by controlling selected clamping devices 12 of the clamping devices 12.

In 5A und B sind beispielhaft Spanneinrichtungen 12 gezeigt, wobei in 5A alle Spanneinrichtungen 12 aktiviert sind, den Objektträger 6 also lokal versteifen, während gemäß dem Ausführungsbeispiel in 5B zwei der Spannungseinrichtungen 12, gestrichelt gezeichnet, deaktiviert beziehungsweise nicht angesteuert sind und damit den Obj ektträger 6 lokal auch nicht zusätzlich versteifen. Je nach Betriebszustand der Spannungseinrichtungen 12 ist somit das Schwingungsverhalten des Objektträgers 6 und damit des Objekts 7 beeinflussbar, um insbesondere zu erreichen, dass Objekt 7 und Arbeitskopf 9 gleichphasig schwingen.In 5A and B are exemplary clamping devices 12 shown, in which 5A all clamping devices 12 are activated, thus locally stiffening the object carrier 6, while according to the embodiment in 5B two of the tension devices 12, shown in dashed lines, are deactivated or not activated and thus do not locally stiffen the object carrier 6. Depending on the operating state of the tension devices 12, the vibration behavior of the object carrier 6 and thus of the object 7 can be influenced, in particular to ensure that the object 7 and the working head 9 vibrate in phase.

In Abhängigkeit von Form, Größe und Gewicht des Objekts 7, das insbesondere ein optisches Element, wie beispielsweise ein Spiegel oder eine Linse ist, wird die optimale Position für das Objekt 7 auf dem Objektträger 6 ermittelt und hinterlegt, und insbesondere für jedes Objekt 7 gespeichert. Dadurch kann bereits durch die optimale Positionierung des Objekts 7 auf dem Objektträger 6 das Schwingungsverhalten optimiert werden. Fallen Bodenvibrationen mit Resonanzstellen des Objekts 7 zusammen, werden diese bevorzugt mit einzeln aktivierten Spanneinrichtungen 12 Resonanzstellen wieder voneinander entzerrt, sodass es nicht zu unerwünschten Resonanzüberhöhungen kommt.Depending on the shape, size and weight of the object 7, which is in particular an optical element such as a mirror or a lens, the optimal position for the object 7 on the slide 6 is determined and stored, and in particular saved for each object 7. As a result, the vibration behavior can be optimized simply by positioning the object 7 on the slide 6 optimally. If floor vibrations coincide with resonance points of the object 7, these are preferably equalized again with individually activated clamping devices 12 resonance points so that undesirable resonance increases do not occur.

Auch können für den Messbereich sensitive Frequenzbereiche bewusst aus dem Resonanzfrequenzbereich der Vorrichtung 1 verschoben werden, um das Messergebnis zu verbessern. Es ist beispielsweise dann vorgesehen, wenn relevante Ortswellenlängenbereiche vorhanden sind, die wie bei der taktilen Rauheitsmesstechnik für gewisse Bereiche erwünscht sind, andere Bereich wiederum uninteressant für die Prozessmesstechnik sind. In Abhängigkeit von dem Messvorgang und dem zu vermessenden Objekt 7 ist somit das Steuergerät 19 dazu in der Lage, die Spanneinrichtungen 12 individuell anzusteuern, um ein optimales Messergebnis zu gewährleisten.Frequency ranges that are sensitive to the measurement range can also be deliberately shifted out of the resonance frequency range of the device 1 in order to improve the measurement result. It is intended, for example, when relevant spatial wavelength ranges are present which, as in tactile roughness measurement technology, are desired for certain areas, but other areas are uninteresting for process measurement technology. Depending on the measuring process and the object 7 to be measured, the control device 19 is able to control the clamping devices 12 individually in order to ensure an optimal measurement result.

Während das vorliegenden Ausführungsbeispiel Bezug auf eine Messvorrichtung, insbesondere das Rasterkraftmikroskop, nimmt, bei welcher der Arbeitskopf 9 als Messkopf ausgebildet ist, kann die beschriebene Technik auch für Bearbeitungsvorrichtungen, wie beispielsweise für Fräs- oder Schleifvorrichtungen oder dergleichen eingesetzt werden, bei denen es bei der Bearbeitung zwischen Werkstück (Objekt 7) und dem dann als Bearbeitungskopf ausgebildeten Arbeitskopf 9 zu unerwünschten dynamischen Relativbewegungen kommen kann. Durch das vorteilhafte adaptive Spannsystem 11 sind auch diese unerwünschten Relativbewegungen vermeidbar oder zumindest minimiert.While the present exemplary embodiment refers to a measuring device, in particular the atomic force microscope, in which the working head 9 is designed as a measuring head, the technology described can also be used for processing devices, such as milling or grinding devices or the like, in which the Processing between the workpiece (object 7) and the working head 9, which is then designed as a processing head, can lead to undesirable dynamic relative movements. Thanks to the advantageous adaptive clamping system 11, these undesirable relative movements can also be avoided or at least minimized.

Wie obenstehend beschrieben, ist die Ausbildung der Vorrichtung 1 insbesondere bei dynamischen Problemstellungen von Vorteil. Aber auch bei statischen Problemen bewirkt die vorteilhafte Ausbildung eine Verbesserung des Mess- oder Arbeitsergebnisses. Wenn beispielsweise der Bearbeitungskopf oder Messkopf (Arbeitskopf 9) und der Objektträger 6 zu große statische Relativverformungen aufweisen, kann das Spannsystem 11 mit der Spanneinrichtungen 12 für eine günstigere statische Auflagenkombination sorgen, die der Sollform des Objekts 7 und dem Einsatzfall des späteren Objekts 7 besser entspricht. Dabei wird das Objekt 7 insbesondere derart aufgespannt, dass es möglichst späteren realen Lastfall entspricht.As described above, the design of the device 1 is particularly advantageous for dynamic problems. But even in the case of static problems, the advantageous training leads to an improvement in the measurement or work results. If, for example, the processing head or measuring head (working head 9) and the object carrier 6 have excessive static relative deformations, the clamping system 11 with the clamping devices 12 can ensure a more favorable static support combination that better corresponds to the desired shape of the object 7 and the application of the later object 7 . The object 7 is particularly clamped in such a way that it corresponds as closely as possible to a later real load case.

Claims

Vorrichtung (1) zur Vermessung und/oder Bearbeitung von Objekten (7), insbesondere ein Rasterkraftmikroskop, mit einem Objektträger (6), auf welchem ein Objekt (7) anordenbar ist, mit einem dem Objektträger (6) zugeordneten Arbeitskopf (9) zum Messen oder Bearbeiten des Objekts (7) und mit einem Gestell (2), das einen den Objektträger (6) tragendes Tragelement, insbesondere Tisch (3), und einen den Arbeitskopf (9) haltenden Arm (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass dem Objektträger (6) mehrere individuell betätigbare und verteilt angeordnete Spanneinrichtungen (12) zugeordnet sind, wobei eine jeweilige Spanneinrichtung (12) dazu ausgebildet ist, den Objektträger (6) in Abhängigkeit von einem Schwingungsverhalten des Objektträgers (6), des Objekts (7) und/oder des Arbeitskopfs (9) mit einer vorgegebenen Kraft zur lokalen Versteifung zu verspannen, um eine Relativschwingungen von Arbeitskopf (9) und Objekt (7) zueinander minimierende lokale Versteifung des Objektträgers (6) zu bewirken.Device (1) for measuring and/or processing objects (7), in particular an atomic force microscope, with a specimen slide (6) on which an object (7) can be arranged, with a working head (9) assigned to the specimen slide (6) for measuring or processing the object (7) and with a frame (2) which has a support element carrying the specimen slide (6), in particular a table (3), and an arm (4) holding the working head (9), characterized in that a plurality of individually operable and distributed clamping devices (12) are assigned to the specimen slide (6), wherein a respective clamping device (12) is designed to clamp the specimen slide (6) with a predetermined force for local stiffening depending on a vibration behavior of the specimen slide (6), the object (7) and/or the working head (9) in order to bring about a local stiffening of the specimen slide (6) which minimizes relative vibrations of the working head (9) and the object (7) to one another.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtungen (12) gleichmäßig über den Objektträger (6) verteilt angeordnet sind.Device according to Claim 1 , characterized in that the clamping devices (12) are evenly distributed over the slide (6).

Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Objektträger (6) mehrere zumindest zu dem Tragelement hin offene Vertiefungen (13) mit jeweils einer ringförmigen, insbesondere kreisringförmigen, Seitenwand (17) aufweist, wobei in zumindest einigen der Vertiefungen (13) jeweils eine der Spanneinrichtungen (12) zumindest bereichsweise angeordnet ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the object carrier (6) has a plurality of recesses (13) open at least towards the support element, each with an annular, in particular circular, side wall (17), wherein in at least some of the recesses (13) one of the clamping devices (12) is arranged at least in some areas.

Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Spanneinrichtungen (12) wenigstens zwei Spannbacken (15) aufweist, die zumindest bereichsweise in einer der Vertiefungen (13) liegen und derart in unterschiedliche Richtungen verlagerbar sind, dass sie gegen die Seitenwand (17) der Vertiefung (13) verspannbar sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the clamping devices (12) has at least two clamping jaws (15), which lie at least partially in one of the recesses (13) and can be moved in different directions in such a way that they lie against the side wall (17) of the recess (13) can be clamped.

Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine der Spanneinrichtungen (12) mehr als zwei, insbesondere drei oder vier Spannbacken (15) aufweist, die gleichmäßig verteilt angeordnet sind.Device according to Claim 4 , characterized in that the at least one of the clamping devices (12) has more than two, in particular three or four clamping jaws (15) which are arranged evenly distributed.

Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass den Spannbacken (15) zumindest ein ansteuerbarer Aktuator (18), insbesondere ein pneumatisch, hydraulisch, elektromotorisch oder elektromagnetisch arbeitender oder betätigbarer Aktuator (18), zur Kraftbeaufschlagung oder Kraftlösung der Spannbacken (15) zugeordnet ist.Device according to one of the preceding Claims 4 or 5 , characterized in that at least one controllable actuator (18), in particular a pneumatically, hydraulically, electromotively or electromagnetically operating or operable actuator (18), is assigned to the clamping jaws (15) for applying or releasing force to the clamping jaws (15).

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, die zumindest eine Spanneinrichtung (12) einen Spannkegel oder Spannkeil (14) aufweist, und dass die Spannbacken (15) an dem Spannkeil oder Spannkegel (14) längsverschieblich derart gelagert sind, dass sie bei einer Längsverschiebung durch den Spannkeil oder Spannkegel (14) quer verschoben werden, um eine Spannkraft zu erzeugen oder zu reduzieren.Device according to one of the Claims 4 until 6 , characterized in that the at least one clamping device (12) has a clamping cone or clamping wedge (14), and that the clamping jaws (15) are mounted on the clamping wedge or clamping cone (14) so as to be longitudinally displaceable in such a way that they are displaced transversely by the clamping wedge or clamping cone (14) during a longitudinal displacement in order to generate or reduce a clamping force.

Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Steuergerät (19), das speziell dazu hergerichtet ist, die Spanneinrichtungen (12) in Abhängigkeit vom Schwingungsverhalten von Objektträger (6), Objekt (7) und/oder Arbeitskopf (9) individuell anzusteuern.Device according to one of the preceding claims, characterized by a control device (19) which is specially designed to individually control the clamping devices (12) depending on the vibration behavior of the object carrier (6), object (7) and/or working head (9).

Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (19) speziell dazu hergerichtet ist, die Spanneinrichtungen (12) individuell anzusteuern, um eine Eigenfrequenz zumindest des Objekts (7) und einer externen Störanregung in unterschiedliche Frequenzbereiche zu legen.Device according to Claim 8 , characterized in that the control device (19) is specially designed to control the clamping devices (12) individually in order to place a natural frequency of at least the object (7) and an external disturbance excitation in different frequency ranges.

Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung (1) zum Vermessen oder Bearbeiten eines Objekts (7), insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einem Objektträger (6), welchem ein Objekt (7) anordenbar ist, mit einem dem Objektträger (6) zugeordneten Arbeitskopf (9) zum Messen oder Bearbeiten des Objekts (7) und mit einem Gestell (2), das einen den Objektträger (6) tragendes Tragelement (3) und einen den Arbeitskopf (9) haltenden Arm (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Objektträger (6) in Abhängigkeit von einem Schwingungsverhalten des Objektträgers, des Objekts (7) und/oder des Arbeitskopfs (9) durch eine oder mehrere ausgewählte Spanneinrichtungen (12) mit einer vorgegebenen Kraft lokal versteift wird.Method for operating a device (1) for measuring or processing an object (7), in particular according to one of Claims 1 until 9 , with a microscope slide (6) to which an object (7) can be arranged, with a working head (9) assigned to the microscope slide (6) for measuring or processing the object (7) and with a frame (2) that holds the microscope slide (6) carrying support element (3) and an arm (4) holding the working head (9), characterized in that the object carrier (6) depends on a vibration behavior of the object carrier, the object (7) and / or the working head ( 9) is locally stiffened by one or more selected clamping devices (12) with a predetermined force.

Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingungsverhalten von Obj ektträger (6), Objekt (7) und/oder Arbeitskopf (9) durch Versuche ermittelt und/oder insbesondere durch eine Finite-Element-Methode berechnet wird.Procedure according to Claim 10 , characterized in that the vibration behavior of the object carrier (6), object (7) and/or working head (9) is determined by tests and/or calculated in particular by a finite element method.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtungen (12) von erfassten oder ermittelten Schwingungsmoden des Objektträgers (6), des Objekts (7) und/oder des Arbeitskopfs (9) angesteuert werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the clamping devices (12) are controlled by detected or determined vibration modes of the object carrier (6), the object (7) and/or the working head (9).

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtungen in Abhängigkeit von einer erfassten oder ermittelten externen Störanregung angesteuert werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the clamping devices are controlled as a function of a detected or determined external disturbance excitation.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtungen in Abhängigkeit von einer Resonanzfrequenz der Vorrichtung (1) angesteuert werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the clamping devices are controlled as a function of a resonance frequency of the device (1).

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von Form, Größe und/oder Gewicht des Objekts (7) eine Lageposition für das Objekt (7) auf dem Obj ektträger (6) vorbestimmt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a location position for the object (7) on the object carrier (6) is predetermined depending on the shape, size and/or weight of the object (7).